2021年

胡嘉仲研究组发现新型最大纠缠态制备方法

2021-02-08    点击:

最大纠缠态(Greenberger-Horne-Zeilinger态,简称GHZ态)因其最大纠缠的特性和趋于海森堡极限的测量精度在量子信息、量子通信和精密测量领域具有可观的应用前景,如何制备大规模比特数的GHZ态成为近二十年来一大重要研究话题。然而,由于在GHZ态的制备过程中,存在包括有限的比特门保真度和退相干在内的实验噪声,它们对最终实验结果的不利影响随实验步骤的增多或实验时长的增长累积,最终导致GHZ态的保真度通常随比特数的增长呈现指数下降的趋势。因此,如何克服这种指数依赖关系成为将GHZ态大规模化的关键。近年来,国内外很多优秀的科研团队分别在光子、离子和原子平台上实现了几十个比特GHZ态的制备,并成功将这种指数依赖关系变为多项式依赖。

近日,胡嘉仲研究组提出了一种名为“纠缠放大”的GHZ态制备的理论方案,该方案成功将GHZ态保真度下降对比特数的依赖关系升级为对数依赖。在常见实验室噪声下,该方案可用于生成一个由2000个铷87原子构成的GHZ态,其保真度大于80%。“纠缠放大”方案可将一个自旋相干态转(CSS态)化为一个弱纠缠的猫态,再将其转化为最大纠缠的GHZ态。其主要原理是利用与冷原子与超精细光学腔之间的非线性耦合性质,将特定的角动量本征态能量进行了移动而不影响其他量子态,从而将整个希尔伯特空间划分为两个相互独立的子空间,每个子空间内的波函数不能穿过边界到达另一子空间。相互分割的子空间进一步将波函数撕裂和锁定,从而产生了GHZ态。通过数值模拟的方式,该方案所生成的GHZ态具有趋于海森堡极限的测量精度,同时可以抵抗常见的实验室噪声。

  该研究成果为GHZ态的大规模制备提供了一种可行的实验方案,以“Creation of Greenberger-Horne-Zeilinger states with thousands of atoms by entanglement amplification”为题发表在202125日的npj Quantum Information上(https://www.nature.com/articles/s41534-021-00364-8)。物理系博士生赵雅娟为论文的第一作者,王向斌教授、陈文兰助理教授为该文共同通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金和科技部的支持。

“纠缠放大”设置