中科大刷新量子糾纏態制備世界紀錄

　　記者從中國科技大學獲悉，該校合肥微尺度物質科學國家實驗室量子物理與量子信息研究部最近通過實驗，成功制備出超糾纏光子薛定諤貓態，糾纏量子比特數目最高達到十個，再次刷新了糾纏態制備的世界紀錄。此前的最大光子薛定諤貓態是六個光量子比特的糾纏態，也是這個研究部創造的。同時，該工作還演示了薛定諤貓態在超精細位相測量方向的應用。

　　這項研究成果發表在今年5月出版的國際學術期刊《自然—物理學》上。審稿人認為，這是一個“實驗杰作，在光學量子計算和量子度量學方面有著重要意義”。這一成果表明我國在多粒子糾纏研究領域繼續保持國際領先水平。

　　據該研究小組陳增兵教授介紹，量子糾纏是量子信息處理中的核心“資源”，是研制具有超級計算能力的量子計算機和絕對保密的量子通訊的基礎。因此，該領域的研究國際競爭非常激烈。2000年，美國國家標準局在離子阱系統上實現了四離子的糾纏態。2004年，合肥微尺度物質科學國家實驗室量子物理與量子信息研究部的研究人員打破了這一紀錄，在國際上首次成功實現五光子糾纏的操縱。2005年底，美國國家標準局和奧地利因斯布魯克小組分別宣布實現了六個和八個離子的糾纏態，并且一直保持著這個紀錄。

　　如何進一步高效地擴展糾纏量子比特數目，成為量子信息研究領域的嚴峻挑戰。中國科大潘建偉、陳增兵、彭承志等研究人員認識到，光子具有多種量子自由度，每個量子自由度在合適的條件下都有可能當做一個量子比特，理論上這些不同的自由度之間也可以形成糾纏，即所謂的“超糾纏”——某個光子的兩個自由度可以同時與另外某個光子的兩個自由度糾纏起來，從而可以把一個光子當成兩個量子比特用。該想法提供了一種有效擴大量子糾纏這一重要資源的途徑。隨后，實驗小組開展了細致的探索，完美地實現了由五個光子極化狀態和空間狀態相干疊加形成的十個量子比特薛定諤貓態，并在此基礎上演示了基于糾纏的相位超精細分辨。

　　該成果已引起國際學術界的廣泛關注。歐洲物理學會新聞網站以《物理學家建立糾纏新紀錄》為題具體報道了這一工作，稱贊它是“發展實用性量子計算機的重要突破”。