星報訊(楊保國 記者 于彩麗) 記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，中科大潘建偉教授及其同事陸朝陽、劉乃樂、汪喜林等通過調(diào)控六個光子的偏振、路徑和軌道角動量三個自由度，在國際上首次實現(xiàn)18個光量子比特的糾纏，刷新了所有物理體系中最大糾纏態(tài)制備的世界紀錄。該成果以“編輯推薦”的形式近日發(fā)表在《物理評論快報》上。
多個量子比特的相干操縱和糾纏態(tài)制備是發(fā)展可擴展量子信息技術(shù)，特別是量子計算的最核心指標。量子計算的速度隨著實驗可操縱的糾纏比特數(shù)目的增加而指數(shù)級提升。然而，要實現(xiàn)多個量子比特的糾纏，需要進行高精度、高效率的量子態(tài)制備和獨立量子比特之間相互作用的精確調(diào)控。而量子比特數(shù)目的增加，使得操縱帶來的噪聲、串擾和錯誤也隨之增加。這對量子體系的設(shè)計、加工和調(diào)控要求極高，對量子糾纏和量子計算的發(fā)展構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。
多粒子糾纏的操縱作為量子計算不可逾越的技術(shù)制高點，一直是國際角逐的焦點。2016年底，潘建偉團隊同時實現(xiàn)了10個光子比特和10個超導(dǎo)量子比特的糾纏，刷新并一直保持著這兩個世界紀錄。近期，出于商業(yè)目的，雖然IBM、英特爾、谷歌等宣布實現(xiàn)了更高數(shù)目的量子比特樣品的加工，但是這些量子比特并沒有形成糾纏態(tài)。
潘建偉及其同事過去20年一直在國際上引領(lǐng)著多光子糾纏和干涉度量的發(fā)展，并在此基礎(chǔ)上開創(chuàng)了光子的多個自由度的調(diào)控方法。2015年，通過實現(xiàn)對光子偏振和軌道角動量兩個自由度的量子調(diào)控技術(shù)和單光子非破壞測量，潘建偉、陸朝陽研究組首次實現(xiàn)單光子多自由度的量子隱形傳態(tài)，相關(guān)成果被英國物理學(xué)會新聞網(wǎng)站“物理世界”選為“國際物理學(xué)年度突破”。
此后，研究組進入實現(xiàn)多光子三個自由度的聯(lián)合調(diào)控這一“無人區(qū)”。通過多年的不懈探索和技術(shù)攻關(guān)，研究組自主研發(fā)了高穩(wěn)定單光子多自由度干涉儀，實現(xiàn)了不同自由度量子態(tài)之間的確定性和高效率的相干轉(zhuǎn)換，完成了對18個量子比特的262144種狀態(tài)的同時測量。在此基礎(chǔ)上，研究組成功實現(xiàn)了18個光量子比特超糾纏態(tài)的實驗制備和嚴格多體純糾纏的驗證，創(chuàng)造了所有物理體系糾纏態(tài)制備的世界紀錄。該成果可進一步應(yīng)用于大尺度、高效率量子信息技術(shù)，表明我國繼續(xù)在國際上引領(lǐng)多體糾纏的研究。
