金奇奐研究組首次在離子阱系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)聲子算術(shù)操作

　　清華新聞網(wǎng)4月23日電  清華大學(xué)交叉信息研究院量子信息中心金奇奐副教授帶領(lǐng)的離子量子計(jì)算研究小組新近在囚禁離子系統(tǒng)中成功實(shí)現(xiàn)聲子算術(shù)操作。研究論文《囚禁離子系統(tǒng)中的聲子算術(shù)實(shí)驗(yàn)》于4月21日發(fā)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(guó)倫敦帝國(guó)理工大學(xué)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(yán)馬可和張君華。

　　量子粒子中的確定性算術(shù)操作（即加法和減法）雖然看似簡(jiǎn)單，但由于其量子理論是建立在數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)之上，并且與傳統(tǒng)算術(shù)操作完全不同，因此在量子設(shè)備中實(shí)現(xiàn)起來(lái)要復(fù)雜、困難。

 經(jīng)典算術(shù)與量子算術(shù)的基本差異。

　　金奇奐實(shí)驗(yàn)組使用囚禁離子系統(tǒng)的聲子，首次在量子粒子上實(shí)現(xiàn)了確定性的加法與減法。實(shí)驗(yàn)組采用新開發(fā)的絕熱量子操控技術(shù)將聲子耦合到一個(gè)輔助的二能級(jí)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)被稱為離散與連續(xù)變量混合模式。在具體實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組在聲子數(shù)態(tài)的疊加態(tài)、相干態(tài)等不同量子初始態(tài)上演繹算術(shù)操作，觀察得到末態(tài)魏格納函數(shù)上的亞泊松統(tǒng)計(jì)負(fù)值，從而證明了經(jīng)典態(tài)在算術(shù)操作之后變成了非經(jīng)典態(tài)。

聲子加法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　傳統(tǒng)算術(shù)操作具備多重優(yōu)點(diǎn)，能夠產(chǎn)生確定的非經(jīng)典態(tài)和非高斯態(tài)，并且能夠提供有效的量子態(tài)工程方案。金奇奐實(shí)驗(yàn)組的新方案則可以進(jìn)一步應(yīng)用到腔量子電動(dòng)力學(xué)、光力學(xué)等更多量子光學(xué)裝備上。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目同時(shí)還指出，聲子態(tài)中的非高斯信息可以通過(guò)聲子-光子耦合轉(zhuǎn)移到光子態(tài)。

　　本實(shí)驗(yàn)由交叉信息院的博士研究生嚴(yán)馬可（韓國(guó)籍留學(xué)生）、張君華、呂定順、路堯和安碩明共同完成。張靜寧博士、羅賢鐵(Hyunchul Nha)教授、金明湜(Myungshik Kim)教授提供實(shí)驗(yàn)的理論支持。此項(xiàng)研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金。

　　論文鏈接：

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

供稿：交叉信息院    編輯：常 松