金奇奐研究組在《物理評論快報》發表論文

2018年11月06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9聲子NOON態制備。研究論文《囚禁離子的徑向振動模式中9聲子NOON態的制備》于10月18日發表在《物理評論快報》雜志上。

NOON態是N個全同玻色子的一種最大糾纏態，可達到相位估計的海森堡極限（相位不確定度反比于粒子數，而非粒子數的平方根），在量子精密測量等領域有重要應用。

金奇奐實驗組提出了一種基于Jaynes-Cummings相互作用的確定性制備聲子任意NOON態的方案。此前對于NOON態的制備，在光子系統中僅有概率性的方案，而在聲子系統中僅有不可擴展的方案。

 

圖1 N=3的NOON態制備序列。在由自旋、X和Y振動模式構成的三維希爾伯特空間中，上層與下層分別代表和，X和Y軸分別代表X和Y振動模式。紅箭頭表示載波躍遷，藍箭頭表示藍邊帶躍遷，綠箭頭表示復合脈沖操作。箭頭上的數字表示操作順序。

 

金奇奐實驗組在實驗上實現了N=1~9的NOON態的制備，并創新性的利用不同聲子模式間的干涉操作檢驗了態制備的保真度，同時在實驗上測量了所制備的NOON態的相位估計不確定度，確認超過經典極限，達到海森堡極限。

 

圖2 生成的N=1-9的NOON態奇偶震蕩。(a) 藍色的點是實驗數據，紅線是擬合曲線。(b) N=7，相位為0的NOON態輸出模式的藍邊帶時間演化及其擬合曲線。(c) 相對應的聲子分布。

 

該方案還可以很方便的移植到腔量子電動力學系統或光機械系統中。

論文通訊作者為金奇奐副教授、已畢業博士生張君華和在讀博士生嚴馬可，共同第一作者為交叉信息院的已畢業博士生張君華和在讀博士生嚴馬可。本實驗由博士研究生張君華、嚴馬可、呂定順共同完成，其中嚴馬可為韓國籍留學生。段路明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：

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.121.160502