詹明生组在国际首次实现两个异核原子的量子纠缠

两个异核原子的量子纠缠

最近，中国科学院武汉物理与数学研究所詹研究员领导的研究团队利用里德堡态原子的偶极-偶极相互作用，成功地实现了铷-85原子和铷-87原子的量子纠缠以及基于这两个原子的量子受控门。相关的研究结果发表在《物理评论快报》上。

理论上，不同粒子之间的量子纠缠广泛存在于各种量子复合系统中，包括玻色-玻色混合系统、由光捕获复合物和光反应中心复合物组成的光合作用系统等。操纵不同粒子之间的纠缠对于模拟和理解强关联多体相互作用系统、分数量子霍尔态和多自旋相互作用系统中量子相位的传输具有重要意义。实现两种不同粒子之间的量子纠缠是一个基本而关键的步骤。

在早先完成的异核单原子限制的基础上，徐鹏、副研究员和博士生曾勇以及研究小组的其他人使用480纳米和780纳米激光相干激发铷原子到主量子数为79的高里德堡态。研究人员充分利用了铷-85和铷-87之间的光谱频率差异，当原子间距为3.8微米时，仍然实现了对单个原子的寻址和完全控制。与相同的原子系统相比，它们实现了更好的串扰抑制、里德堡原子间更强的偶极-偶极相互作用和更有效的里德堡阻挡。在此基础上，研究人员首次实现了异核原子之间的量子受控非门和量子纠缠。

据介绍，这项工作不仅显示了异核系统在寻址和抑制原子间串扰方面的优势，从而促进了多组分原子的量子计算方案；也为模拟基于异核里德堡原子系统的复杂自旋相互作用模型铺平了道路。同时，结合同一原子量子门的原有控制方法，为多组分相互作用系统的量子控制奠定了基础。该研究由科技部重点研发项目、中国科学院试点项目和中国国家自然科学基金资助。