研究實現光偏振梯度離子糾纏門

近日，中國科學技術大學科研團隊在離子阱量子信息研究方面取得進展，實現了基于緊聚焦光偏振梯度的高保真離子糾纏門。該方案簡化了當前的糾纏門操作配置，且與離子光鑷架構兼容，對于大規模離子阱量子計算具有重要意義。

近年來，國際上提出了利用緊聚焦光鑷陣列調控離子聲子譜的方法來解決聲子串擾問題，但在光學尋址的離子阱量子計算機中展示光鑷門仍面臨挑戰。

研究團隊提出了基于光學馬格努斯效應的量子糾纏門方案——類似于流體中的馬格努斯效應，自旋離子在聚焦的光流（光鑷）中會受到橫向（垂直于光傳播方向）的力。該方案利用緊聚焦激光的橫場梯度分布，依賴離子狀態的推動效應，在離子間建立量子糾纏。這一方法摒棄了傳統的復雜對向激光束配置，簡化了實驗裝置，降低了操作的復雜性。團隊在鐿離子阱兩離子鏈中實現了高達98.7%的貝爾態保真度，在四離子鏈中的貝爾態保真度超過了97.2%。這一量子門具有高保真度的特性，理論上可達到99.99%以上的保真度。團隊同時分析了實驗中退保真度的主要來源，有望將保真度提升一個量級以上。

這項技術的創新之處在于其與光鑷門的良好兼容性。光鑷操作本身就是橫向運動，簡化了光路配置，提升了光鑷門方案的實驗可行性，為實現大規模、可擴展的離子阱量子計算提供了更簡潔、更靈活的路徑。

相關研究成果作為編輯推薦文章，發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。

光偏振梯度離子糾纏門示意圖