攻克多體量子糾纏態製備調控難題

　　來源：中國科學報

　　作為量子物理世界中一種極為奇特的現象，量子糾纏因其在量子計算、量子精密測量以及基礎物理研究等方面的核心價值受到了物理學家的廣泛關注。多粒子糾纏態的製備與操控一直是物理學家孜孜不倦的奮鬥目標。

　　在國家自然科學基金委員會重大研究計劃「單量子態的探測及相互作用」支持下，清華大學教授尤力課題組在銣-87原子的玻色愛因斯坦凝聚體（BEC）中誘導量子相變，確定性地製備了一種被稱為雙數態的多粒子糾纏態。原理上，該工作利用了BEC中的原子的不可區分性，以及兩個磁矩為0的銣—87原子可以發生自旋交換碰撞產生磁矩相反的糾纏原子對等現象來實現這種多粒子糾纏態。

　　為此，科學家搭建了新的實驗平台，每40秒內確定性地製備一個約含有10000個原子的雙數態。BEC從非糾纏的初態到雙數態的轉化效率達96%左右，其量子相干性達到了理想值的99%，可驗證的糾纏原子數至少為910個。

　　在業內專家們看來，這項工作在國際上首次展示了量子相變可以作為製備多體量子糾纏態的有效手段，中國科學家所製備雙數態的轉化率、壓縮係數、相干性、糾纏深度等指標都處於國際領先水平。

　　在量子調控和檢測方面，科學家瞄準了「里德堡原子」的量子調控難題。里德堡原子間存在強偶極相互作用，這一特性在量子計算和量子信息處理方面有重要應用前景。

　　近年來，尤力課題組與中國科學院武漢物理與數學研究所劉紅平合作，利用對稱性破缺實現了「偶極里德堡原子」的量子調控。

　　研究人員介紹，實驗採用動力學的方法實現固定方向偶極單量子態里德堡原子的製備與探測。在實驗方面，科學家搭建了一套先進的飛行時間質譜儀，並結合成像技術與激光光譜技術開展研究。同時利用大電偶極原子與外場相互作用會直接影響原子在梯度電場中的運動狀態特性，發展了高分辨高靈敏量子態檢測技術。

　　該研究在理論上建立了多能級系統相互作用的態演化量子力學方法，從而提供了一個清晰的里德堡原子量子態動力學演化物理圖像。不久前，這一研究結果發表在世界物理學頂級學術期刊《物理評論快報》上。

　　專家指出，這為室溫下研究偶極阻塞效應奠定了基礎，也為偶極阻塞效應開闢新領域夯實了基礎。

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