加州理工大学研究团队实现以原子运动状态编码量子信息

　　加州理工年夜学研究团队采纳一种与原子品种有关的擦除了校对冷却机制（Erasure correction cooling，ECC），使原子以高保真度冷却至静止基态，而且该机制可有用擦除了由静止引发惹起的不对，超出了传统边带冷却技能，初次完成对光镊中的原子静止举行相关节制，为量子信息编码斥地全新体式格局。相干结果于5月22日颁发正在《迷信》杂志上。

　　基于中性原子的量子平台迄今为止不断以电子或核状况来编码量子信息，但这些状况容易遭到情况噪声的影响。原子的静止状况实践上也可用来编码量子信息，并且原子静止状况其实不受电磁场影响，象征着其受情况影响更小。原子静止状况的玻色子性子也使其可用于完成具备玻色子自由度的量子纠错方案，如Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）码，或作为研究晶格规范实践的平台等。此外，原子静止状况自力于电子或核状况，使患上正在多个自由度上（例如静止状况以及电子态）自力编码量子信息成为可能。这类没有同量子比特载体经由过程两个或多个自由度纠缠正在一路的征象叫做超纠缠，以前仅正在光子量子比特中患上以完成。应用原子静止状况编码量子信息的难点正在于使原子处于基态的高效的冷却方案还没有完成，本研究针对此困境提出了ECC（擦除了校对冷却）机制，并正在此根蒂根基上完成用原子静止状况编码量子信息。

　　研究中提出的ECC要领，经由过程将静止引发转换为可检测的擦除了不对来举行自动校对。起首应用Sisyphus冷却将原子初始冷却到静止基态，初始填充率约为0.77。之后经由过程¹S₀以及³P₀之间的跃迁举行边带转换，将残剩的静止引发转换为擦除了不对。最初，经由过程荧光成像检测静止引发的原子，并经由过程重置要领或替代要领来举行不对校对。原子的静止基态填充率普及到约0.93（重置要领）以及约0.995（替代要领）。此中替代要领对初始冷却温度没有敏感，纵然正在最低初始填充率下也能到达高保真度。

　　之后研究团队应用由ECC要领发生的基态原子阵列，经由过程将原子局域贮存正在静止叠加态中，完成对光学跃迁的中心电路读出以及擦除了检测，验证了静止叠加态的相关性以及擦除了校对的有用性。静止叠加态对激光相位噪声没有敏感，正在量子信息存储中有伟大的潜正在使用价值。

　　研究团队正在此根蒂根基上经由过程Rydberg彼此作用使两个自力的光镊中的原子之间天生静止纠缠，静止贝尔态保真度约为0.75。研究团队进一步经由过程超纠缠操作天生了同时包括静止以及电子态纠缠的超贝尔态，其保真度约为0.855。

　　本文经由过程擦除了校对冷却要领，初次完成了光镊华夏子的高保真度静止基态冷却，并正在此根蒂根基演出示了中心电路读出、擦除了检测和静止纠缠以及超纠缠的天生。这些成果为哄骗原子的静止状况举行量子信息处置惩罚供给了新的思绪以及要领。将来可以进一步扩大到多轴静止节制以及更高维度的量子操作，以完成更庞大的量子信息处置惩罚使命。

论文链接：

https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adn2618必修af=R