近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、包小輝等,將里德堡相互作用與高效單光子接口技術(shù)相結(jié)合,首次成功制備基于里德堡超原子的多光子糾纏,為單向量子中繼等應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于8月11日發(fā)表在《自然·光子學(xué)》上。
多光子糾纏在量子計(jì)算、量子通信以及量子精密測量中有重要應(yīng)用。以往多光子糾纏的主要制備方式是采用非線性晶體內(nèi)的參量下轉(zhuǎn)換過程。然而參量過程中,光子是概率產(chǎn)生的,導(dǎo)致其向更多光子拓展時(shí)亮度下降較快。采用單量子體系的確定性優(yōu)點(diǎn),順序生成多個(gè)關(guān)聯(lián)單光子是制備多光子糾纏的另一重要途徑。該方案非常節(jié)省實(shí)驗(yàn)資源,并且在原理上具有更高的可拓展性。
以往實(shí)驗(yàn)已在量子點(diǎn)等體系實(shí)現(xiàn)該方案的原理性演示,然而在光子數(shù)的可拓展性上并未超越傳統(tǒng)參量下轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。原子系綜是量子存儲(chǔ)的重要物理體系。通過引入里德堡相互作用,原子系綜變?yōu)橐粋€(gè)超原子,使得確定性的量子態(tài)操控成為可能。里德堡超原子同時(shí)具有單原子體系與原子系綜體系的雙重優(yōu)點(diǎn),在光子接口、糾纏制備等方面具有優(yōu)勢。
圖:實(shí)驗(yàn)方案示意圖
為實(shí)現(xiàn)基于里德堡超原子的多光子糾纏制備,潘建偉、包小輝研究組近年來發(fā)展了超原子與光腔的耦合技術(shù)[Optica 9, 853 (2022)],為里德堡超原子構(gòu)建了高效單光子接口,最高單光子輸出率已達(dá)44%。以此為基礎(chǔ),研究組利用兩個(gè)里德堡態(tài)間的相互作用,并采用交替讀出方式[Phys. Rev. Lett. 128, 060502 (2022)],成功地制備了三至六光子GHZ糾纏,每增加一個(gè)光子的概率為27%,優(yōu)于以往多光子糾纏實(shí)驗(yàn)。
該工作演示了里德堡超原子在光子糾纏制備方面的重要優(yōu)勢,為后續(xù)生成更多光子糾纏并應(yīng)用于單向量子中繼以及單向量子計(jì)算等任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。
博士生楊朝偉是該論文的第一作者。該工作得到了科技部、安徽省、國家自然科學(xué)基金委、合肥國家實(shí)驗(yàn)室等的支持。
文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41566-022-01054-3
(合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、科研部)
新聞鏈接:http://news.ustc.edu.cn/info/1055/80042.htm
免責(zé)聲明:
網(wǎng)站內(nèi)容來源于互聯(lián)網(wǎng),由網(wǎng)絡(luò)編輯負(fù)責(zé)審查,目的在于傳遞信息,提供專業(yè)服務(wù),不代表本網(wǎng)站平臺(tái)贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如因內(nèi)容、版權(quán)問題存在異議的,請與我們?nèi)〉寐?lián)系,我們將協(xié)調(diào)給予處理(按照法規(guī)支付稿費(fèi)或刪除),聯(lián)系方式:ahos@aiofm.ac.cn 。網(wǎng)站平臺(tái)將加強(qiáng)監(jiān)控與審核,一旦發(fā)現(xiàn)違反規(guī)定的內(nèi)容,按國家法規(guī)處理,處理時(shí)間不超過24小時(shí)。