中科大首次成功操控约600对量子比特向量子计算迈出重要一步

安徽日报 2016-08-19 00:00 大字

[摘要]向量子计算迈出重要一步

本报讯（记者桂运安通讯员杨保国）8月18日，中国科学技术大学发布消息，该校教授、中科院院士潘建伟及其同事苑震生、陈宇翱教授等日前成功操控约600对纠缠态量子比特，向基于超冷原子的可扩展量子计算和量子模拟迈出重要一步。最新一期国际权威学术期刊《自然·物理学》，以研究长文的形式报道了这项重要研究成果。

量子信息处理技术，是推动高速信息处理的颠覆性技术。在量子计算领域，人类所能操控的量子比特数量，决定着量子信息处理技术的“高度”。此前，科学家所能操控的纠缠态比特数仅在10个左右，而未来实用化的量子计算需要同时操控几十个乃至上百个处于纠缠态的量子比特。如何产生、操控和探测大量量子比特的纠缠态，是未来量子计算突破的关键。

诺贝尔物理学奖获得者安东尼·莱格特提出，随着超冷原子量子调控技术的发展，囚禁在光晶格中的超冷原子成为解决这一关键问题的理想体系之一。在该体系中，成千上万的超冷原子在极低温下被制备到每个格点只有1个原子比特的人工晶体上，为可拓展的纠缠态产生提供大量的量子比特资源。同时，超冷原子量子比特的相干时间可以达到秒量级，并具有优异的可操控性。

中科大研究团队与德国海德堡大学合作，自2010年开始对基于光晶格可拓展量子信息处理研究展开联合攻关。他们首先把超冷铷原子的玻色-爱因斯坦凝聚态，装载到三维光晶格中的一层，进一步蒸发冷却原子到低于10纳开（比零下273.15摄氏度高1亿分之一摄氏度）的超低温，并实现这层二维晶格中的超流态到莫特绝缘态的量子相变，从而获得每个格点上只有1个原子的人工晶体。

他们创造性地开发出具有自旋依赖特性的超晶格系统，形成一系列并行的原子对，并且在原子对所在的格点间用光场产生有效磁场梯度，结合微波场，实现对超晶格中左右格点及两种原子自旋等自由度的高保真度量子调控。最终，他们首次在光晶格中并行制备并测控了约600对超冷原子比特纠缠对，在国际上首次实现对光晶格中超冷原子自旋比特纠缠态的产生、操控和探测。

《自然·物理》审稿人认为，“这一工作为产生更大的多粒子纠缠态并进行基于测量的量子计算铺平了道路”。

月日，在德国首都柏林圣诞集市袭击案事发地点附近，人们放置玫瑰和蜡烛悼念遇难者。当日，柏林多地举行活动悼念圣诞集市袭击案遇难者。新华社记者单宇琦摄...