我國首次實現(xiàn)了1250對原子高保真度糾纏態(tài)的同步制備

    大規(guī)模糾纏態(tài)的制備、測量和相干操控是量子計算領域的核心問題之一，高品質糾纏粒子對的同步制備是實現(xiàn)大規(guī)模糾纏態(tài)的首要條件。但受限于糾纏對的品質和量子邏輯門的操控精度，目前人們所能制備的最大糾纏態(tài)距離實用化的量子計算和模擬所需的糾纏比特數(shù)和保真度還有很大差距。

    中國科學技術大學研究團隊首次提出使用交錯式晶格結構將處在絕緣態(tài)的冷原子浸泡到超流態(tài)冷原子中的新制冷機制，通過絕緣態(tài)和超流態(tài)之間高效率的原子和熵的交換，使系統(tǒng)中的熱量主要以超流態(tài)低能激發(fā)的形式存儲，再用精確的調控手段將超流態(tài)移除，從而獲得低熵的完美填充晶格。該實驗實現(xiàn)了這一制冷過程，制冷后使系統(tǒng)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。在此基礎上，該團隊開發(fā)了兩原子比特高速糾纏門，獲得了糾纏保真度為99.3%的1250對糾纏原子。為基于超冷原子光晶格的規(guī)模化量子計算與模擬打下了基礎。

    在此基礎上，研究團隊將通過連接多對糾纏原子的方法，制備幾十到上百個原子比特的糾纏態(tài)，用以開展單向量子計算和復雜強關聯(lián)多體系統(tǒng)量子模擬研究。同時，該工作中的新制冷技術將有助于對超冷費米子系統(tǒng)的深度冷卻，使得系統(tǒng)達到模擬高溫超導物理機制的苛刻溫區(qū)。該研究成果將極大推動量子計算和模擬領域的發(fā)展。