中国科大实现光偏振梯度离子纠缠门

　　中国科年夜郭光灿院士团队正在离子阱量子信息研究范畴取患上重要冲破。该团队李传锋、黄运锋、崔金明等人完成了基于紧聚焦光偏振梯度的高保真离子纠缠门。研究结果于12月24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”文章。该方案简化了以后的纠缠门操作设置，并与离子光镊架构兼容，关于年夜范围离子阱量子计较具备重要意思。

　　离子阱量子体系因其超高的操作保真度以及相关性，成为构建年夜范围量子计较机的主流物理平台之一。基于离子阵列的量子计较架构，借助光学并行找址离子比特的体式格局构建量子处置惩罚器并履行量子路线，具备高连通性以及并行计较效率的上风。然而，该架构的范围化面对着道理层面的应战：离子阵列中密集声子模式招致的离子门串扰，难以间接正在年夜范围离子阵列上完成高保真度的纠缠门。最近几年来，国际上提出了哄骗紧聚焦光镊阵列调控离子声子谱的要领来解决声子串扰问题，但正在光学找址的离子阱量子计较机中展示光镊门仍面对一系列应战，还没有取患上冲破性进展。

　　团队正在离子阱量子计较长进行了多年立异性研究以及自立研发，包含自立研制的高通光离子阱体系[Rev. Sci. Instrum. 92, 073201, 2021]、远掉谐拉曼操作激光体系[Opt. Express 30, 30098 (2022)]，立异性地提出静态光镊组与离子阱同步消弭离子微静止的光电混淆离子阱[Phys. Rev. Appl. 23, 054044 (2025)]，和完成国际进步前辈光学低串扰找址操控指标[Phys. Rev. Appl. 22, 054003(2024), Editor suggestion]。

　　正在以上研究的根蒂根基上，本研究立异性地完成了一种基于光学马格努斯效应的量子纠缠门方案：近似于流体中的马格努斯效应，自旋离子正在聚焦的光流（光镊）中会遭到横向（垂直于光流传标的目的）的力。该方案经由过程哄骗紧聚焦激光的横场梯度漫衍，依赖离子状况的鞭策效应，正在离子间成立起量子纠缠。这一要领摒弃了传统的庞大对向激光束设置，年夜年夜简化了试验安装，升高了操作的庞大性。研究团队正在镱离子阱两离子链中完成了高达98.7%的贝尔态保真度，正在四离子链中的贝尔态保真度也凌驾了97.2%。这一量子门具备高保真度的特征，实践上可到达99.99%以上的保真度。团队阐发以及会商了试验中退保真度的首要来历，将来无望将保真度晋升一个量级以上。

图：光偏振梯度离子纠缠门示用意

　　这项技能的立异的地方正在于其与光镊门的杰出兼容性——由于光镊操作自身就是横向静止，而且显著简化了光路设置，使患上光镊门方案正在试验上具备极高的可行性，为完成年夜范围、可扩大的离子阱量子计较供给了更简练、更矫捷的路径。论文审稿人对该事情赐与高度评估：“该论文展示了光镊与线性离子链的胜利联合，提出了一种巧妙而壮大的机制，经由过程它可以正在肆意离子对之间完成两比特门操作……”“完成这一类型量子门的成果使人鼓动，该要领解决了离子阱量子计较范围化中的一个重要应战……”。

　　本研究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鼎力大举撑持。论文的配合第一作者为中国迷信技能年夜学副研究员崔金明以及博士后陈炎。

　　论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/w5l6-wmrl