武漢晚報 8月4日訊（記者汪洋 通訊員王瀟瀟）長江日報記者從華中科技大學了解到，近日，《Nature Communications》雜志在線發(fā)表了該校物理學院引力中心李霖教授課題組的重要研究成果，首次將里德堡單光子源的純度和全同度同時提升至99.9%以上，并利用該單光子源實現(xiàn)了國際上最高保真度的光量子邏輯門。該研究成果有望為光量子信息處理和分布式光量子系統(tǒng)等重要量子應用開辟新的前景。
單光子源的制備與量子邏輯門實驗示意圖。
單光子源是量子信息和精密測量研究所需的核心量子資源之一。很多重要的量子光學應用對單光子的質量有著極高的要求，例如，為滿足全光量子中繼器和簇態(tài)光量子計算等應用，單光子的純度必須達到99.9%以上，并且全同度要大于99%。過去的幾十年中，人們發(fā)展了不同的物理系統(tǒng)來產(chǎn)生單光子，盡管單光子的質量得到了大幅提升，但實現(xiàn)同時滿足高純度和高全同度的單光子源仍是一大難題。
光量子邏輯門概念圖。
華中科技大學李霖教授課題組長期致力于發(fā)展基于里德堡原子的量子信息處理和精密測量技術，經(jīng)過數(shù)年如一日的努力，成功搭建了基于里德堡原子的量子物理實驗平臺。
里德堡量子光學實驗裝置。
課題組也進行了重要的單光子源應用研究：光量子邏輯門。量子邏輯門是量子計算等重要應用的核心單元，其保真度直接影響著量子系統(tǒng)的可擴展性。在這個研究中，李霖教授課題組利用高質量的里德堡單光子源展示了近乎完美的雙光子量子干涉，將其應用到基于KLM方案的光量子邏輯門實驗中，并成功地將真值表保真度提高到了99.84%。
利用該高保真度的光量子邏輯門，課題組進一步展示了在兩個無關聯(lián)的單光子之間建立量子糾纏，并通過量子層析及貝爾不等式等方式進行了量子糾纏測量，其糾纏門保真度達到了99.69%。相比于之前的同類實驗結果，這項研究將光量子邏輯門的誤差(失真度)降低了一個數(shù)量級以上。
據(jù)介紹，量子計算機有望在最優(yōu)組合尋找、新材料設計、大分子性狀模擬等諸多經(jīng)典計算機較難解決的問題上展現(xiàn)極其強大的運算速度和信息處理功能。類似于經(jīng)典邏輯門對于電子計算機的重要性，量子邏輯門則是構建量子計算機所必須的核心元件之一。
華中科技大學物理學院博士后施帥、博士生徐彪、葉根生和張寬副教授為該工作共同第一作者，李霖教授和粟待欽副教授為共同通訊作者，華中科技大學為第一單位。該工作得到了科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委和華中科技大學精密重力測量國家重大科技基礎設施的支持?！?/p>
【編輯：王戎飛】
