哈佛大学研究团队实现光纤腔介导的新型中性原子纠缠门

　　哈佛年夜学研究团队经由过程将光镊中的单个原子耦合到光纤腔，完成了高保真量子态与具有检错机制的新型纠缠门。该研究演示了疾速、无损读出以及具备检错机制的腔介导纠缠天生，关于开发中性原子量子计较平台的原子-光子接口很是重要，使患上经由过程光纤正在远间隔的量子计较模块间传输量子信息成为可能，是构建靠得住以及年夜范围量子计较收集的要害一步。相干结果于3月20日颁发正在《迷信》杂志上。

　　量子计较的焦点操作是量子纠缠门，然而噪声的存正在需求量子纠错来升高门操作的不对率，招致需求应用多个物理量子比特来编码一个逻辑量子比特。将来实用化的量子计较机需求数千个逻辑量子比特，而单个模块上可设置的物理量子比特数目受限于封装单位的容量。为了包容数以百万计的物理量子比特，需求将量子计较机分红多个模块，并寻到靠得住的能传输量子信息的量子信道来毗连它们。

　　中性原子正在量子计较比赛中起步绝对较晚，但成长迅速，其量子比特无需创造，而是经由过程光镊来捕捉并挪动原子。凡是，中性原子的高保真量子门可以哄骗电子里德堡引发正在几微米的间隔内完成。为了演示毗连多个模块之间的原子-光子接口，正在该研究中不引发里德堡态，而是经由过程将中性原子与法布里-珀罗光纤腔构成的量子信道耦合，正在光学捕捉的中性原子之间创立了高品质纠缠门，而且年夜幅度晋升了量子态的读取速率。

试验安装以及原子能级示用意

　　该要领完成了两种新型的纠缠门，可作用正在腔中相距较远的量子比特。第一种纠缠门首要哄骗了腔与原子的弱耦合，将特定量子态从原波函数中剔除了，以创立贝尔态。研究职员经由过程机关两原子以及腔没有同的耦合，使患上惟独处于|10⟩态的两个原子会与光子暗态共振耦合。这类态依赖的耦合会招致没有同两原子态衰变至不对态的速度没有同，是以，可以将两原子波函数的特定态有抉择地去除了失。再经由过程翻转门等操作，终极造成贝尔态以及不对态的一个混态。最初经由过程后抉择，丢弃处于不对态的原子，终极以32%的胜利率天生了保真度凌驾91%的贝尔态。

贝尔态制备示用意

　　第二种纠缠门哄骗量子比特与腔场态依赖的共振，正在统一模块内的两个远间隔原子之间完成了一个肯定性纠缠门，其保真度约为75%。只管其保真度仍有前进空间，但它展示了新机制的可行性。

　　同时，研究团队提出了一种正在计较历程中检测不对的新要领，正在1到10微秒的时间标准内完成了疾速且高保真的量子比特丈量以及读出，这比以前要领所需的毫秒标准有了显著的晋升。

　　这些新功用为解决中性原子量子计较机的首要瓶颈供给了可能方案，并使其运转速率靠近超导量子比特等其余物理系统的程度。将来如能正在架构中集成光纤腔量子信道，为每一个模块都装备自力的光学接口以及真空腔体，将使患上逾越微观间隔的量子比特纠缠和多体纠缠门成为可能。该研究使中性原子量子计较机正在完成高保真、年夜范围漫衍式量子处置惩罚器方面迈进了要害的一步，对鞭策靠得住的年夜范围量子计较收集构建具备重要意思。

法布里-珀罗光纤腔示用意

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr7075

报导链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw2572