人工量子系統(tǒng)中量子糾纏新方法被發(fā)現

記者從浙江大學獲悉，該校物理學系和量子信息交叉研究中心王大偉研究員同王浩華教授聯(lián)合國內外多個研究團隊，首次在人工量子系統(tǒng)中合成了反對稱自旋交換作用，演示出利用手征自旋態(tài)制備量子糾纏的新方法。這項研究成果于22日發(fā)表在《自然·物理》雜志上。

“手征性是指物體和它的鏡像不能重疊。好比左右手，互為鏡面對稱，上下疊放時卻不重合。”王大偉解釋道。德國理論物理學家洪特曾提出，由于原子之間的相互作用沒有打破“左右對稱”的形態(tài)，分子的定態(tài)應該是左手性和右手性分子的量子疊加態(tài)。然而實際情況是，左手性分子與右手性分子的量子疊加態(tài)極其不穩(wěn)定。

此項研究中，王大偉提出在超導量子比特系統(tǒng)中合成反對稱自旋交換作用來研究手征自旋態(tài)的量子疊加和量子糾纏，通過周期性調制量子比特頻率并對不同比特采用不同的調制相位，可以在通過腔連接在一起的比特之間合成出反對稱交換相互作用。這樣不同手征態(tài)具有了不同的能量，自旋態(tài)的動力學演化體現出了左手性與右手性。

反對稱自旋交換作用又是如何產生量子糾纏的?這需要同時利用量子疊加和自旋的手征性演化。浙大物理學系博士生宋超分別將三個比特制備在1態(tài)，0和1的疊加態(tài)和0態(tài)。整體而言，三個比特處于100和110的疊加態(tài)這一非糾纏態(tài)。這兩個狀態(tài)手征性演化方向相反，會變?yōu)?10和101的疊加態(tài)。隨即翻轉第二個比特，就得到了000和111的疊加態(tài)，這就是一個典型的糾纏態(tài)。這種狀態(tài)下，研究人員測量其中一個比特的能量值，另外兩個即可確定為同一數值。

該成果將對研究量子磁性、提高多粒子糾纏態(tài)制備速度、利用手征自旋態(tài)進行量子計算等具有積極意義。(江耘 洪恒飛 柯溢能)

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