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國家重大科學研究計劃項目將單原子量子比特相

時間:2017-06-06 09:26 作者:恒冠儀表 點擊:

  
  近日,国家重大科学研究计划项目“囚禁单原子(离子)与光耦合体系量子态的操控”实现了一种新型的魔幻光阱——魔幻光强偶极阱,将囚禁在该微型光阱中的单个中性原子量子比特的相干时间延长上百倍,从毫秒量级提高至百毫秒量级。

  囚禁在光阱中的單個中性原子及原子陣列是量子信息處理與量子模擬的物理候選體系之一。中性原子體系與外部環境的耦合較之其它體系(如離子、NV色心、量子點、超導線路等)弱,利于制備大規模單原子陣列。在大規模的中性原子寄存器中實現量子信息處理,關鍵環節之一就是單量子比特的相幹性在陣列的不同格點中轉移時能夠很好地保持。通常,量子比特是編碼在Rb原子的兩個超精細能級的鍾躍遷態中,超精細能級劈裂導致阱中原子上下能級的光頻移不同,産生微分光頻移。微分光頻移是引發單原子量子比特轉移中相幹性丟失的主要因素,是通常的動力學退耦的方法難以解決的問題。這一難題限制了大規模中性原子量子信息處理平台的實現與應用。

  研究人员利用单原子操控实验平台,在国际上首次测量了基态原子在矢量光场中的超极化率,通过控制矢量激光场和原子间的微弱相互作用,构造了单原子的魔幻光强偶极阱,有效地消除了有害的微分光频移。在该阱中,单量子比特的寿命从几毫秒提高到225毫秒。研究人员成功地利用一个运动的魔幻阱将一个静止量子比特从另一个静止的魔幻阱中提取出来,变成移动比特,转移后送回到原处。通过测量运动量子比特的干涉条纹,发现量子比特的相干性没有因为转移而丢失。这一重要成果在《物理评论快报》(Phys.Rev.Lett.117, 123201, 2016)上发表,为下一步利用囚禁在光偶极阱阵列中的单原子构造可扩展的量子信息处理器奠定了基础。


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