清華量子信息中心首次實驗實現量子絕熱捷徑

2016年10月17日 瀏覽次數: 0

交叉信息研究院量子信息中心金奇奐副教授離子阱計算研究組首次在實驗上實現量子絕熱捷徑。論文《囚禁離子相空間中利用逆絕熱驅動實現量子絕熱捷徑》（Shortcuts to adiabaticity by counterdiabatic driving for trapped-ion displacement in phase space）近日發表于《自然·通訊》。

圖 1：(a) 逆絕熱法的經典類比. (b) 通過施加逆絕熱哈密頓量絕熱操作不再受到時間的限制。

絕熱操作是一項非常重要的量子技術。但是環境造成的退相干限制了絕熱操作的應用。最近絕熱捷徑技術的發現吸引了大量的關注。量子絕熱捷徑能夠使用非絕熱的方法在任意短的時間內模擬另一個絕熱過程。在大量能夠實現絕熱捷徑的方案中，逆絕熱法能夠實現絕熱過程快放（如圖1）的特點使之突出于所有其他的方法。在實驗上，逆絕熱法通過施加一個逆絕熱的哈密頓量來壓制任意時刻非絕熱躍遷。

圖 2：實驗結果。 (a) 不同絕熱捷徑方法在瞬時基下的激發。只有逆絕熱法能夠保證任何時刻的絕熱跟隨。(b) 抗噪性測試. 我們假設囚禁頻率發生了改變而我們并不知道仍然使用錯誤的囚禁頻率來設計絕熱捷徑，然后測量輸運之后的激發量。結果顯示逆絕熱法是最優的方案。

本文第一次報道了在相空間中應用逆絕熱法輸運囚禁離子的運動態，并且驗證了逆絕熱法在諸多方面都優于其他絕熱捷徑方案（如圖2）。文中實驗結果清晰地顯示逆絕熱法在有限量子操控資源的條件下相比于其他方案能夠以最短的時間和最抗噪地方式實現量子絕熱捷徑。此研究工作使得量子絕熱捷徑技術在量子門操作和量子模擬中能夠實現大量應用。

該實驗工作由交叉信息研究院2012級博士生安碩明、呂定順完成，美國麻省大學波士頓校區Adolfo del Compo副教授提供理論支持。論文第一作者為安碩明，共同通訊作者為安碩明、Adolfo del Compo副教授和金奇奐副教授。該項工作得到國家基礎研究項目和國家自然科學基金支持。

論文鏈接：http://www.nature.com/articles/ncomms12999