金奇奐研究組在《自然•通訊》發表論文

2016年04月22日 瀏覽次數: 0

交叉信息院量子信息中心金奇奐副教授帶領的離子量子計算研究小組新近在囚禁離子系統中成功實現聲子算術操作。研究論文《囚禁離子系統中的聲子算術實驗》于4月21日發表在《自然·通訊》雜志上。論文通訊作者為金奇奐副教授和英國倫敦帝國理工大學的金明湜(Myungshik Kim)教授，共同第一作者為交叉信息院的在讀博士生嚴馬可和張君華。

量子粒子中的確定性算術操作（即加法和減法）雖然看似簡單，但由于其量子理論是建立在數學結構之上，并且與傳統算術操作完全不同，因此在量子設備中實現起來要復雜、困難。

圖1：經典算術與量子算術的基本差異。經典算術當中，我們可以確定性地加、減一個粒子，但在量子力學中，加、減一個粒子的概率依賴于已經存在的個數，使其成為概率性操作.

金奇奐實驗組使用囚禁離子系統的聲子，首次在量子粒子上實現了確定性的加法與減法。實驗組采用新開發的絕熱量子操控技術將聲子耦合到一個輔助的二能級系統，這個系統被稱為離散與連續變量混合模式。在具體實驗中，實驗組在聲子數態的疊加態、相干態等不同量子初始態上演繹算術操作，觀察得到末態魏格納函數上的亞泊松統計負值，從而證明了經典態在算術操作之后變成了非經典態。

圖 2聲子加法的實驗結果. (a) 對疊加態 做加法. (b) 對相干態 進行加法操作后的函數。上面四張圖是理論值，下面四張圖是實驗數據.

傳統算術操作具備多重優點，能夠產生確定的非經典態和非高斯態，并且能夠提供有效的量子態工程方案。金奇奐實驗組的新方案則可以進一步應用到腔量子電動力學、光力學等更多量子光學裝備上。該實驗項目同時還指出，聲子態中的非高斯信息可以通過聲子-光子耦合轉移到光子態。

本實驗由交叉信息院的博士研究生嚴馬可、張君華、呂定順、路堯和安碩明共同完成，其中嚴馬可為韓國籍留學生。張靜寧博士、羅賢鐵(Hyunchul Nha)教授、金明湜(Myungshik Kim)教授提供實驗的理論支持。此項研究工作得到國家重點基礎研究發展計劃和國家自然科學基金支持。

論文鏈接：

http://www.nature.com/ncomms/2016/160421/ncomms11410/full/ncomms11410.html