中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事苑震生、陳宇翱教授等在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)對(duì)光晶格中超冷原子自旋比特糾纏態(tài)的產(chǎn)生、操控和探測(cè)，向基于超冷原子的可擴(kuò)展量子計(jì)算和量子模擬邁出了重要一步。近日，《自然·物理學(xué)》在報(bào)道這項(xiàng)研究成果時(shí)評(píng)價(jià)：“這一工作為產(chǎn)生更大的多粒子糾纏態(tài)并進(jìn)行基于測(cè)量的量子計(jì)算鋪平了道路?！?br/>    量子信息處理技術(shù)被認(rèn)為是后摩爾時(shí)代推動(dòng)高速信息處理的顛覆性技術(shù)。目前，可拓展量子信息處理仍面臨重大困難，其中最關(guān)鍵的問(wèn)題是如何產(chǎn)生和測(cè)控大量量子比特的糾纏態(tài)。
    諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者安東尼·萊格特提出超冷原子光晶格體系可拓展糾纏態(tài)產(chǎn)生的“三步走”方案：首先是通過(guò)超流態(tài)到絕緣態(tài)的相變過(guò)程，使原子只能待在各自的格點(diǎn)上，實(shí)驗(yàn)獲得二維光晶格每個(gè)格點(diǎn)只有一個(gè)原子比特人工晶體，產(chǎn)生規(guī)則排列的原子比特糾纏對(duì)；其次是連接相鄰的原子比特糾纏對(duì)，并行實(shí)現(xiàn)彼此平行的橫向鏈狀原子糾纏簇態(tài)；最后是縱向并行連接糾纏原子鏈，實(shí)現(xiàn)二維的糾纏簇態(tài)，形成單向量子計(jì)算的基本資源。近年來(lái)，科學(xué)家們?yōu)閷?shí)現(xiàn)該方案中的第一步做出了巨大努力，但由于各種困難一直沒(méi)有獲得突破。
    中科大研究團(tuán)隊(duì)與海德堡大學(xué)合作，自2010年開(kāi)始對(duì)基于光晶格可拓展量子信息處理研究展開(kāi)聯(lián)合攻關(guān)。他們首先把超冷銣原子的玻色—愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)裝載到三維光晶格中的一層，進(jìn)一步蒸發(fā)冷卻原子到低于10納開(kāi)（比零下273.15攝氏度高1億分之一攝氏度）的超低溫，并實(shí)現(xiàn)了這層二維晶格中的超流態(tài)到莫特絕緣態(tài)的量子相變，從而獲得了每個(gè)格點(diǎn)上只有一個(gè)原子的人工晶體。他們創(chuàng)造性地開(kāi)發(fā)出具有自旋依賴(lài)特性的超晶格系統(tǒng)，形成了一系列并行的原子對(duì)，并且在原子對(duì)所在的格點(diǎn)間用光場(chǎng)產(chǎn)生有效磁場(chǎng)梯度，結(jié)合微波場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超晶格中左右格點(diǎn)及兩種原子自旋等自由度的高保真度量子調(diào)控。他們還開(kāi)發(fā)了光學(xué)分辨約為1微米的超冷原子顯微鏡，對(duì)這層晶格中的原子進(jìn)行高分辨原位成像。
    以上關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)技術(shù)的突破，使我科學(xué)家對(duì)光晶格中超冷原子量子的調(diào)控能力大幅提升，從而首次在光晶格中并行制備并測(cè)控了約600對(duì)超冷原子比特糾纏對(duì)，即實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展糾纏態(tài)制備“三步走”方案中最關(guān)鍵的第一步，邁出了面向可升級(jí)量子計(jì)算的重要一步。（來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)）