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清華量子信息中心實(shí)現(xiàn)光子到宏觀金剛石振動(dòng)模式的量子隱態(tài)傳輸

發(fā)布時(shí)間:2016-06-03 點(diǎn)擊:

清華大學(xué)新聞網(wǎng)6月3日電 清華大學(xué)交叉信息研究院段路明教授研究組在量子信息領(lǐng)域取得重要進(jìn)展,首次實(shí)現(xiàn)從光子到宏觀金剛石振動(dòng)模式的量子隱態(tài)傳輸。該成果的研究論文《光到宏觀金剛石振動(dòng)模的量子隱態(tài)傳輸》(Quantum teleportation from light beams to vibrational states of a macroscopic diamond)近日發(fā)表于自然子刊《自然·通訊》(Nature Communications)上。

 量子隱態(tài)傳輸是量子通信與量子計(jì)算領(lǐng)域一個(gè)重要的原型操作,利用量子糾纏和經(jīng)典通信將完整的量子態(tài)信息從一個(gè)物理系統(tǒng)傳送到另一個(gè)系統(tǒng)。自從量子隱態(tài)傳輸?shù)母拍畋惶岢龅亩嗄陙恚恢笔橇孔有畔⑽锢韺?shí)現(xiàn)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),各國(guó)科學(xué)家競(jìng)相在不同的微觀物理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)量子隱態(tài)傳輸方案,作為系統(tǒng)量子相干調(diào)控能力的證明。迄今為止,量子隱態(tài)傳輸已經(jīng)在光子之間,單個(gè)離子、原子、或原子團(tuán)之間,以及固體量子比特之間得到演示和證明。

人們希望將量子隱態(tài)傳輸?shù)膶?duì)象推進(jìn)到更宏觀的物體,超出微觀世界的限制,實(shí)現(xiàn)對(duì)宏觀系統(tǒng)的量子相干調(diào)控。段路明研究組首次實(shí)現(xiàn)了量子態(tài)從一個(gè)微觀粒子(單光子)到常溫宏觀物體(厘米尺寸的金剛石樣品)的集體振動(dòng)模式的量子隱態(tài)傳輸,將隱態(tài)傳輸?shù)膶?duì)象推進(jìn)到迄今最大的宏觀物體,該工作代表量子相干調(diào)控領(lǐng)域的一個(gè)重要研究進(jìn)展。

 
利用超快激光產(chǎn)生光子與宏觀金剛石集體振動(dòng)模(聲子)量子糾纏的示意圖。

光子到金剛石集體振動(dòng)模量子隱態(tài)傳輸?shù)氖疽鈭D。
 

量子隱態(tài)傳輸?shù)谋U娑龋ā?0%)顯著超過經(jīng)典極限66.7%。

該實(shí)驗(yàn)使用了獨(dú)特的設(shè)計(jì),將金剛石中不同振動(dòng)模式編碼為量子比特,使用超快飛秒激光,產(chǎn)生光子與金剛石振動(dòng)聲子的糾纏。利用光子與金剛石振動(dòng)聲子間的糾纏,將光子的偏振比特傳輸?shù)浇饎偸械恼駝?dòng)模式中。實(shí)驗(yàn)組完成了對(duì)多個(gè)互補(bǔ)量子態(tài)的隱態(tài)傳輸,平均保真度超過90%,遠(yuǎn)高于經(jīng)典極限66.7%,充分驗(yàn)證了隱態(tài)傳輸?shù)牧孔有裕瑢?shí)現(xiàn)了常溫宏觀金剛石樣片的量子相干調(diào)控。論文得到三位審稿人的一致積極推薦,稱其為此領(lǐng)域“一個(gè)激動(dòng)人心的進(jìn)展”。

該論文的第一作者為交叉信息院三年級(jí)博士研究生侯攀宇,通訊作者為姚期智講座教授段路明,其他作者還包括交叉信息院博士研究生黃園園、袁新星、祖充,助理研究員常秀英、何麗。此項(xiàng)目得到教育部的研究經(jīng)費(fèi)支持。

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