中国科大实现超快高保真度中性原子态探测量子信息

　　中国科年夜郭光灿院士团队正在中性原子量子信息研究范畴取患上重要进展。该团队李传锋、王健研究组哄骗光纤微腔与中性原子的普塞尔（Purcell）区域耦合，完成了超快高保真度的原子态读出，其速率以及保真度均制造公然报导最高纪录。该结果以“Ultrafast High-Fidelity State Readout of Single Neutral Atom”为题于6月20日颁发正在国际出名学术期刊《物理评论快报》上，并入选编纂保举论文（Editor's suggestion），同时美国物理学会Physics网站以“Enhanced Light Emission Improves Atom Readout”为题对该事情举行报导，称颂本事情“have demonstrated a readout technique that achieves unprecedented speed and accuracy. The approach’s key innovation is a technique for boosting the atom’s rate of photon emission”。

　　中性原子因超卓的可扩大性、成熟的门操作以及光学波段接口，成为极具后劲的量子通讯与量子计较平台。然而，态读出以及态制备耗损了中性原子量子计较与量子收集和谈的年夜大都时间，是以晋升读出速率与保真度对升高时间与物理资本耗损相当重要。因为受限于浅势阱深度、低光子散射率及探测效率，自由空间原子的态读取时长最短为百微秒量级。纵然已有研究哄骗强耦合光学腔普及光子网络效率，原子态的读出仍需求至多几个微秒。

　　针对这个问题，研究组哄骗事情正在普塞尔区域的光纤微腔-中性原子腔量子电能源学体系，正在普及光子网络效率的同时，极年夜加强了原子的光子辐射速度。该体系的协同因子到达了4.7，原子的自觉辐射速度晋升了约10倍，揭示出作为高机能中性原子-光子量子接口以及量子收集节点的潜能。此前，研究组哄骗这一特色，正在同类体系上初次观测到原子共振荧光中的双光子纠缠[Phys. Rev. Lett. 134, 053401 (2025)]。

　　正在此根蒂根基上，研究组哄骗对闭轮回跃迁的强共振驱动，联合低动量转移的引发计谋，将腔内读出光子的探测计数率晋升至18M/s。依附极高的荧光明度，他们正在200纳秒的时间窗口内完成了保真度99.1(2)％的原子态读出，并正在9微秒的时间窗口内把保真度晋升到了99.985(8)％，两项指标均制造公然报导最高纪录。同时，正在态读出历程中迷失原子的几率始终低于3‰，揭示了无损探测的特征，可兼容需求“路线中丈量”（mid-circuit measurement）的量子纠错和谈。该超快高保真读出技能初次使原子态读出速率超出光泵浦态制备速率，经由过程采纳及时决议的要领，研究组还将原子态制备时间较传统光泵浦要领缩短4倍。是以，这一事情为懂得多技能协同机制、优化量子和谈机能等供给了新思绪。

　　该结果完成了超快高保真度的原子态读出，关于升高量子计较中的时间以及物理资本耗损，和完成长程可扩大量子收集具备重要意思。审稿人对该事情赐与高度评估：“The importance of this work lies in the achievement of impressively high state readout speed and fidelity, as this is an advance for quantum networking with neutral atoms…. timely and likely to spark excitement within the quantum information science co妹妹unity（本研究的重要意思正在于完成了极高的态读出速率与保真度，这标记着中性原子量子收集研究的重要冲破……该结果不只恰逢当时，更无望正在量子信息迷信范畴激发普遍存眷）”，“The novelty here lies in the record time windows within which the authors are able to read out the atomic state with high fidelity…. The result offers two applications that are potentially quite significant for neutral-atom-based quantum technologies and will be of broad interest（本研究的立异性正在于完成了创纪录的时间窗口，研究者可正在此时间规模内以高保真度读取原子态……该结果不只为中性原子量子技能供给了两个极具后劲的使用标的目的，更将激发该范畴的普遍存眷）”。

　　量子收集试验室特任副研究员王健以及博士研究生黄冬郁为论文的配合第一作者。该事情获得了合胖国度试验室、国度天然迷信基金委和中国迷信技能年夜学的撑持。

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