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中科大在分子的量子糾纏研究中取得重大發(fā)現(xiàn)——分子與量子也可糾纏

光明日報(bào)合肥5月29日電（記者常河通訊員楊凡）關(guān)于量子糾纏，科學(xué)家們研究對象多是光子,。記者日前從中國科技大學(xué)獲悉，最新的研究表明,，經(jīng)過調(diào)控,，分子尺度也可以出現(xiàn)量子糾纏現(xiàn)象。中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成員林毅恒教授與美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所合作,，在離子阱體系實(shí)現(xiàn)帶電原子和帶電分子的聯(lián)合調(diào)控,，首次制備了單原子和單分子之間的量子糾纏態(tài)，并且通過定量表征手段,，確定產(chǎn)生的量子糾纏超過臨界閾值,。該研究成果近日在線發(fā)表在《自然》上。這項(xiàng)成果對于未來利用分子進(jìn)行量子信息處理有重要推動(dòng)作用,。

分子作為多個(gè)原子組成的系統(tǒng),，原子集團(tuán)可以轉(zhuǎn)動(dòng)和發(fā)生振動(dòng)，由此帶來獨(dú)特的屬性,。例如,，類比陀螺的轉(zhuǎn)動(dòng)和使用彈簧連接的小球振動(dòng)，分子可以有不同轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和角度以及振動(dòng)模式,，這些經(jīng)典的物理量可以通過量子化形成量子狀態(tài),。研究發(fā)現(xiàn)，分子可以作為媒介,，用于匹配和溝通頻率迥異的不同量子系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)復(fù)合的量子體系和信息處理平臺。

在研究中,，科學(xué)家通過在離子阱體系束縛帶電的鈣原子和氫化鈣分子,，使用激光調(diào)控制備出它們之間的糾纏態(tài)。這項(xiàng)研究工作結(jié)合了近年來發(fā)展的多項(xiàng)重要技術(shù),，包括利用帶電原子和分子的電相互作用實(shí)現(xiàn)信息的傳遞,，可以在不丟失分子的情況下利用原子間接讀出其信息；使用紅外的激光實(shí)現(xiàn)分子轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)的高精度調(diào)控等技術(shù),。實(shí)驗(yàn)中，研究人員首先初始化原子和分子到某個(gè)確定的低能量狀態(tài)（基態(tài)）,，并且冷卻他們的運(yùn)動(dòng)到接近量子的極限,。繼而使用激光作用在單個(gè)分子上，制備出轉(zhuǎn)動(dòng)維度高低能量的疊加狀態(tài),，再通過一系列復(fù)雜的激光脈沖序列,，產(chǎn)生所需的量子關(guān)聯(lián)——糾纏態(tài),。通過觀察不同情況下原子和分子協(xié)同的狀態(tài)關(guān)聯(lián)，可以將所有信息整合成一個(gè)范圍在0到1之間的值,，超過0.5的閾值即表示糾纏態(tài)的出現(xiàn),。實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)值在誤差范圍內(nèi)遠(yuǎn)高出這個(gè)閾值，表明糾纏態(tài)的產(chǎn)生,。

論文的第一完成單位是中科院院士,、中科大副校長杜江峰領(lǐng)導(dǎo)的中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室專注于自旋科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究,，具有國際知名度的實(shí)驗(yàn)室,。自主研發(fā)了一系列先進(jìn)的自旋實(shí)驗(yàn)方法技術(shù)和實(shí)驗(yàn)裝備，將自旋調(diào)控的靈敏度和分辨率提升到國際領(lǐng)先水平,，在與信息科學(xué),、生命科學(xué)和基礎(chǔ)物理的前沿交叉研究中取得了具有重要國際影響的研究成果。該室從2000年起一直從事自旋相關(guān)的量子計(jì)算研究,，保持著使用量子算法完成最大整數(shù)的質(zhì)因數(shù)分解,、室溫固態(tài)體系最高精度量子邏輯門控制等世界紀(jì)錄。

《光明日報(bào)》（2020年05月30日04版）