記者2日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉教授及其同事再次刷新量子糾纏世界紀錄——在國際上首次實現(xiàn)18個光量子比特的糾纏。據(jù)悉，這一成果也刷新了所有物理體系中最大糾纏態(tài)制備的世界紀錄。

　　據(jù)介紹，潘建偉教授及其同事陸朝陽、劉乃樂、汪喜林等通過調(diào)控六個光子的偏振、路徑和軌道角動量三個自由度，實現(xiàn)了18個光量子比特的糾纏。該成果以“編輯推薦”的形式近日發(fā)表在國際物理學權威期刊《物理評論快報》上。

　　由于量子信息技術的巨大潛在價值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源，開展國家級的協(xié)同攻關。例如，歐盟在2016年宣布啟動量子技術旗艦項目;美國國會最近正式通過了“國家量子行動計劃”;大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等也紛紛強勢介入量子計算研究。

　　多個量子比特的相干操縱和糾纏態(tài)制備是發(fā)展可擴展量子信息技術，特別是量子計算的最核心指標。量子計算的速度隨著實驗可操縱的糾纏比特數(shù)目的增加而指數(shù)級提升。然而，要實現(xiàn)多個量子比特的糾纏，需要進行高精度、高效率的量子態(tài)制備和獨立量子比特之間相互作用的精確調(diào)控。而量子比特數(shù)目的增加，使得操縱帶來的噪聲、串擾和錯誤也隨之增加。這對量子體系的設計、加工和調(diào)控要求極高，對量子糾纏和量子計算的發(fā)展構成了巨大挑戰(zhàn)。

　　多粒子糾纏的操縱作為量子計算不可逾越的技術制高點，一直是國際角逐的焦點。2016年底，潘建偉團隊同時實現(xiàn)了10個光子比特和10個超導量子比特的糾纏，刷新并一直保持著這兩個世界紀錄。雖然IBM、英特爾、谷歌等近期宣布實現(xiàn)了更高數(shù)目的量子比特樣品的加工，但是這些量子比特并沒有形成糾纏態(tài)。

　　潘建偉及其同事過去20年一直在國際上引領著多光子糾纏和干涉度量的發(fā)展，并在此基礎上開創(chuàng)了光子的多個自由度的調(diào)控方法。2015年，首次實現(xiàn)單光子多自由度的量子隱形傳態(tài)，相關成果被英國物理學會新聞網(wǎng)站“物理世界”選為“國際物理學年度突破”。此后，研究組進入實現(xiàn)多光子三個自由度的聯(lián)合調(diào)控這一“無人區(qū)”。

　　通過多年的不懈探索和技術攻關，研究組自主研發(fā)了高穩(wěn)定單光子多自由度干涉儀，實現(xiàn)了不同自由度量子態(tài)之間的確定性和高效率的相干轉換，完成了對18個量子比特的262144種狀態(tài)的同時測量。在此基礎上，研究組成功實現(xiàn)了18個光量子比特超糾纏態(tài)的實驗制備和嚴格多體純糾纏的驗證，創(chuàng)造了所有物理體系糾纏態(tài)制備的世界紀錄。

　　該成果可進一步應用于大尺度、高效率量子信息技術，表明中國繼續(xù)在國際上引領多體糾纏的研究。(吳  蘭)