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我国首次实现了1250对原子高保真度纠缠态的同步制备

大规模纠缠态的制备、测量和相干操控是量子计算领域的核心问题之一,高品质纠缠粒子对的同步制备是实现大规模纠缠态的首要条件。但受限于纠缠对的品质和量子逻辑门的操控精度,目前人们所能制备的最大纠缠态距离实用化的量子计算和模拟所需的纠缠比特数和保真度还有很大差距。

中国科学技术大学研究团队首次提出使用交错式晶格结构将处在绝缘态的冷原子浸泡到超流态冷原子中的新制冷机制,通过绝缘态和超流态之间高效率的原子和熵的交换,使系统中的热量主要以超流态低能激发的形式存储,再用精确的调控手段将超流态移除,从而获得低熵的完美填充晶格。该实验实现了这一制冷过程,制冷后使系统的熵降低了65倍,使得晶格中原子填充率大幅提高到99.9%以上。在此基础上,该团队开发了两原子比特高速纠缠门,获得了纠缠保真度为99.3%的1250对纠缠原子。为基于超冷原子光晶格的规模化量子计算与模拟打下了基础。

在此基础上,研究团队将通过连接多对纠缠原子的方法,制备几十到上百个原子比特的纠缠态,用以开展单向量子计算和复杂强关联多体系统量子模拟研究。同时,该工作中的新制冷技术将有助于对超冷费米子系统的深度冷却,使得系统达到模拟高温超导物理机制的苛刻温区。该研究成果将极大推动量子计算和模拟领域的发展。 

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