記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校杜江峰院士團(tuán)隊(duì)與合作者合作，首次制備了單原子和單分子之間的量子糾纏態(tài)，并且通過(guò)定量表征手段，確定產(chǎn)生的量子糾纏超過(guò)臨界閾值。研究成果日前在線發(fā)表在《自然》上。

目前有多種體系可用于探索實(shí)現(xiàn)量子傳感和量子信息處理。其中，分子作為多個(gè)原子組成的系統(tǒng)，原子集團(tuán)可以轉(zhuǎn)動(dòng)和發(fā)生振動(dòng)，由此帶來(lái)獨(dú)特的屬性。因此分子可以處于能量跨度相當(dāng)大的不同量子狀態(tài)，狀態(tài)之間能量差別所對(duì)應(yīng)的頻率可以從接近零一直到達(dá)數(shù)百THz(每秒百萬(wàn)億次)的光學(xué)頻率，因此分子可以作為媒介，用于匹配和溝通頻率迥異的不同量子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合的量子體系和信息處理平臺(tái)。另外，極性分子之間可以產(chǎn)生長(zhǎng)程的相互作用，有利于實(shí)現(xiàn)新型的量子信息處理平臺(tái)，這樣的關(guān)聯(lián)屬性在量子計(jì)算和一些量子精密測(cè)量中有重要應(yīng)用。

研究人員通過(guò)在離子阱體系束縛帶電的鈣原子和氫化鈣分子，使用激光調(diào)控制備出他們之間的糾纏態(tài)。當(dāng)鈣離子的電子軌道狀態(tài)處于基態(tài)，分子的轉(zhuǎn)動(dòng)也在低轉(zhuǎn)動(dòng)能量狀態(tài)的一種整體狀態(tài);同時(shí)可以“疊加”截然不同的另一種整體態(tài)——前者處于軌道的激發(fā)態(tài)，對(duì)應(yīng)分子處于高轉(zhuǎn)動(dòng)能量的狀態(tài)。相反的激發(fā)配對(duì)也可以制備。基態(tài)和激發(fā)態(tài)可以存儲(chǔ)量子信息，類似二進(jìn)制的“0”和“1”，即量子比特。最后，通過(guò)觀察不同情況下原子和分子協(xié)同的狀態(tài)關(guān)聯(lián)，可以整合所有信息成一個(gè)范圍在0到1之間的值，超過(guò)0.5的閾值即表示糾纏態(tài)的出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)值在誤差范圍內(nèi)遠(yuǎn)高出這個(gè)閾值，表明糾纏態(tài)的產(chǎn)生。

這項(xiàng)成果對(duì)于未來(lái)考慮使用分子進(jìn)行量子信息處理有重要推動(dòng)作用。

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