清華量子信息中心實現(xiàn)光子到宏觀金剛石振動模式的量子隱態(tài)傳輸

清華大學(xué)新聞網(wǎng)6月3日電 清華大學(xué)交叉信息研究院段路明教授研究組在量子信息領(lǐng)域取得重要進展，首次實現(xiàn)從光子到宏觀金剛石振動模式的量子隱態(tài)傳輸。該成果的研究論文《光到宏觀金剛石振動模的量子隱態(tài)傳輸》（Quantum teleportation from light beams to vibrational states of a macroscopic diamond）近日發(fā)表于自然子刊《自然·通訊》(Nature Communications)上。

 量子隱態(tài)傳輸是量子通信與量子計算領(lǐng)域一個重要的原型操作，利用量子糾纏和經(jīng)典通信將完整的量子態(tài)信息從一個物理系統(tǒng)傳送到另一個系統(tǒng)。自從量子隱態(tài)傳輸?shù)母拍畋惶岢龅亩嗄陙恚恢笔橇孔有畔⑽锢韺崿F(xiàn)領(lǐng)域的一個研究熱點，各國科學(xué)家競相在不同的微觀物理系統(tǒng)中實現(xiàn)量子隱態(tài)傳輸方案，作為系統(tǒng)量子相干調(diào)控能力的證明。迄今為止，量子隱態(tài)傳輸已經(jīng)在光子之間，單個離子、原子、或原子團之間，以及固體量子比特之間得到演示和證明。

人們希望將量子隱態(tài)傳輸?shù)膶ο笸七M到更宏觀的物體，超出微觀世界的限制，實現(xiàn)對宏觀系統(tǒng)的量子相干調(diào)控。段路明研究組首次實現(xiàn)了量子態(tài)從一個微觀粒子（單光子）到常溫宏觀物體（厘米尺寸的金剛石樣品）的集體振動模式的量子隱態(tài)傳輸，將隱態(tài)傳輸?shù)膶ο笸七M到迄今最大的宏觀物體，該工作代表量子相干調(diào)控領(lǐng)域的一個重要研究進展。

 
利用超快激光產(chǎn)生光子與宏觀金剛石集體振動模（聲子）量子糾纏的示意圖。

光子到金剛石集體振動模量子隱態(tài)傳輸?shù)氖疽鈭D。
 

量子隱態(tài)傳輸?shù)谋Ｕ娑龋ā?0%）顯著超過經(jīng)典極限66.7%。

該實驗使用了獨特的設(shè)計，將金剛石中不同振動模式編碼為量子比特，使用超快飛秒激光，產(chǎn)生光子與金剛石振動聲子的糾纏。利用光子與金剛石振動聲子間的糾纏，將光子的偏振比特傳輸?shù)浇饎偸械恼駝幽Ｊ街小嶒灲M完成了對多個互補量子態(tài)的隱態(tài)傳輸，平均保真度超過90%，遠高于經(jīng)典極限66.7%，充分驗證了隱態(tài)傳輸?shù)牧孔有裕瑢崿F(xiàn)了常溫宏觀金剛石樣片的量子相干調(diào)控。論文得到三位審稿人的一致積極推薦，稱其為此領(lǐng)域“一個激動人心的進展”。

該論文的第一作者為交叉信息院三年級博士研究生侯攀宇，通訊作者為姚期智講座教授段路明，其他作者還包括交叉信息院博士研究生黃園園、袁新星、祖充，助理研究員常秀英、何麗。此項目得到教育部的研究經(jīng)費支持。

論文鏈接http://www.nature.com/ncomms/2016/160531/ncomms11736/abs/ncomms11736.html

供稿：交叉信息研究院 編輯：李華山