金奇奐研究組在《自然•通訊》發(fā)表論文
金奇奐研究組在《自然?通訊》發(fā)表論文
首次在離子阱系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)聲子算術(shù)操作
2016年04月22日 瀏覽次數(shù): 0
交叉信息院量子信息中心金奇奐副教授帶領(lǐng)的離子量子計(jì)算研究小組新近在囚禁離子系統(tǒng)中成功實(shí)現(xiàn)聲子算術(shù)操作。研究論文《囚禁離子系統(tǒng)中的聲子算術(shù)實(shí)驗(yàn)》于4月21日發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。論文通訊作者為金奇奐副教授和英國(guó)倫敦帝國(guó)理工大學(xué)的金明湜(Myungshik Kim)教授，共同第一作者為交叉信息院的在讀博士生嚴(yán)馬可和張君華。
量子粒子中的確定性算術(shù)操作（即加法和減法）雖然看似簡(jiǎn)單，但由于其量子理論是建立在數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)之上，并且與傳統(tǒng)算術(shù)操作完全不同，因此在量子設(shè)備中實(shí)現(xiàn)起來(lái)要復(fù)雜、困難。
圖1：經(jīng)典算術(shù)與量子算術(shù)的基本差異。經(jīng)典算術(shù)當(dāng)中，我們可以確定性地加、減一個(gè)粒子，但在量子力學(xué)中，加、減一個(gè)粒子的概率依賴于已經(jīng)存在的個(gè)數(shù)，使其成為概率性操作.
金奇奐實(shí)驗(yàn)組使用囚禁離子系統(tǒng)的聲子，首次在量子粒子上實(shí)現(xiàn)了確定性的加法與減法。實(shí)驗(yàn)組采用新開(kāi)發(fā)的絕熱量子操控技術(shù)將聲子耦合到一個(gè)輔助的二能級(jí)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)被稱為離散與連續(xù)變量混合模式。在具體實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組在聲子數(shù)態(tài)的疊加態(tài)、相干態(tài)等不同量子初始態(tài)上演繹算術(shù)操作，觀察得到末態(tài)魏格納函數(shù)上的亞泊松統(tǒng)計(jì)負(fù)值，從而證明了經(jīng)典態(tài)在算術(shù)操作之后變成了非經(jīng)典態(tài)。
圖 2聲子加法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果. (a) 對(duì)疊加態(tài) 
做加法. (b) 對(duì)相干態(tài)
?進(jìn)行加法操作后的函數(shù)。上面四張圖是理論值，下面四張圖是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).
傳統(tǒng)算術(shù)操作具備多重優(yōu)點(diǎn)，能夠產(chǎn)生確定的非經(jīng)典態(tài)和非高斯態(tài)，并且能夠提供有效的量子態(tài)工程方案。金奇奐實(shí)驗(yàn)組的新方案則可以進(jìn)一步應(yīng)用到腔量子電動(dòng)力學(xué)、光力學(xué)等更多量子光學(xué)裝備上。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目同時(shí)還指出，聲子態(tài)中的非高斯信息可以通過(guò)聲子-光子耦合轉(zhuǎn)移到光子態(tài)。
本實(shí)驗(yàn)由交叉信息院的博士研究生嚴(yán)馬可、張君華、呂定順、路堯和安碩明共同完成，其中嚴(yán)馬可為韓國(guó)籍留學(xué)生。張靜寧博士、羅賢鐵(Hyunchul Nha)教授、金明湜(Myungshik Kim)教授提供實(shí)驗(yàn)的理論支持。此項(xiàng)研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金支持。
論文鏈接：
http://www.nature.com/ncomms/2016/160421/ncomms11410/full/ncomms11410.html
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