中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事苑震生、陳宇翱教授等在國際上首次實現(xiàn)對光晶格中超冷原子自旋比特糾纏態(tài)的產(chǎn)生、操控和探測，向基于超冷原子的可擴展量子計算和量子模擬邁出了重要一步。近日，《自然·物理學(xué)》在報道這項研究成果時評價：“這一工作為產(chǎn)生更大的多粒子糾纏態(tài)并進行基于測量的量子計算鋪平了道路。”
    量子信息處理技術(shù)被認為是后摩爾時代推動高速信息處理的顛覆性技術(shù)。目前，可拓展量子信息處理仍面臨重大困難，其中最關(guān)鍵的問題是如何產(chǎn)生和測控大量量子比特的糾纏態(tài)。
    諾貝爾物理獎獲得者安東尼·萊格特提出超冷原子光晶格體系可拓展糾纏態(tài)產(chǎn)生的“三步走”方案：首先是通過超流態(tài)到絕緣態(tài)的相變過程，使原子只能待在各自的格點上，實驗獲得二維光晶格每個格點只有一個原子比特人工晶體，產(chǎn)生規(guī)則排列的原子比特糾纏對；其次是連接相鄰的原子比特糾纏對，并行實現(xiàn)彼此平行的橫向鏈狀原子糾纏簇態(tài)；最后是縱向并行連接糾纏原子鏈，實現(xiàn)二維的糾纏簇態(tài)，形成單向量子計算的基本資源。近年來，科學(xué)家們?yōu)閷崿F(xiàn)該方案中的第一步做出了巨大努力，但由于各種困難一直沒有獲得突破。
    中科大研究團隊與海德堡大學(xué)合作，自2010年開始對基于光晶格可拓展量子信息處理研究展開聯(lián)合攻關(guān)。他們首先把超冷銣原子的玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)裝載到三維光晶格中的一層，進一步蒸發(fā)冷卻原子到低于10納開（比零下273.15攝氏度高1億分之一攝氏度）的超低溫，并實現(xiàn)了這層二維晶格中的超流態(tài)到莫特絕緣態(tài)的量子相變，從而獲得了每個格點上只有一個原子的人工晶體。他們創(chuàng)造性地開發(fā)出具有自旋依賴特性的超晶格系統(tǒng)，形成了一系列并行的原子對，并且在原子對所在的格點間用光場產(chǎn)生有效磁場梯度，結(jié)合微波場，實現(xiàn)了對超晶格中左右格點及兩種原子自旋等自由度的高保真度量子調(diào)控。他們還開發(fā)了光學(xué)分辨約為1微米的超冷原子顯微鏡，對這層晶格中的原子進行高分辨原位成像。
    以上關(guān)鍵實驗技術(shù)的突破，使我科學(xué)家對光晶格中超冷原子量子的調(diào)控能力大幅提升，從而首次在光晶格中并行制備并測控了約600對超冷原子比特糾纏對，即實現(xiàn)了可擴展糾纏態(tài)制備“三步走”方案中最關(guān)鍵的第一步，邁出了面向可升級量子計算的重要一步。（來源：互聯(lián)網(wǎng)）