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中科大在量子信息基础研究中取得重要进展

中华新闻网 2022-03-27 19:39

根据中国科学技术大学发布的消息，该校郭光灿院士团队近期在量子信息基础研究中取得重要进展。团队成员李传锋、许金时、孙凯等人对多体量子导引的关系结构进行了实验研究，首次观测到多体量子导引的非单配性共享关系，即其中一方的量子态可以被另外两方同时导引。这项研究成果于3月24日发表在国际知名物理学期刊《物理评论快报》上。

实验结果表明，在三体量子系统中，一方的量子态可以被另外两方同时导引，这种现象违背了传统的单配性关系，证实了多体量子导引的共享性质。研究组通过对处于W态（一类多体纠缠态）的三体系统进行了充分的分析，展示了不同的量子导引架构。利用所证实的多体量子导引非单配性的共享关系，研究组进一步实现了三体真纠缠的实验验证。与常规方法相对比，这种检测方法只需要更少的测量资源，展现了其高效性。

这项成果展示了量子导引在多体系统中丰富的关系结构，加深了对量子导引物理概念的理解，对量子信息基础研究具有重要意义。同时该工作为基于量子导引单配性的信息协议提供了全面的分析视角，在多用户量子通信、量子网络的搭建、多体纠缠检测中都具有重要的应用前景。研究得到科技部、国家基金委、中国科学院、安徽省的支持。

中科大首次实现芯片集成的冷原子磁光阱系统

根据中国科学技术大学发布的信息，该校郭光灿院士团队与卢征天教授合作，在芯片化冷原子系统上取得新进展。该团队邹长铃课题组将独立设计的磁场芯片与光栅芯片结合，实现了基于双芯片的冷原子磁光阱系统。

研究团队提出了一种全新的平面化磁场线圈构型，仅需一块3cm×3cm的芯片即可产生磁光阱所需的四极磁场。基于中国科学技术大学的微纳加工中心，他们自主设计和加工了相互匹配的磁场芯片与光栅芯片，并基于此成功地俘获了超过106个低温87Rb原子，证明了这个新颖构型的实用性。

这两种芯片尺寸小，重量轻，功耗低，腾出了更多的光学窗口。他们的使用也非常方便，可以将两块芯片叠在一起，仅需用透明胶固定在真空的玻璃窗口外面，通过单束激光入射即可俘获冷原子。其中，磁场芯片只需6.4W即可驱动，有望用便携蓄电池供电，推动了小型磁光阱系统的进一步集成。

磁光阱作为对原子蒸气进行冷却和俘获的基本手段之一，在现代原子物理领域有广泛的应用，是量子精密测量、量子模拟、量子计算等应用的必要基础。然而传统磁光阱系统在进一步的可扩展应用上受到一些制约。因此，如何实现小型化乃至芯片化的磁光阱系统吸引了国际上研究人员的广泛兴趣。其中，基于光栅芯片的磁光阱极大地简化了传统磁光阱中六束空间光的入射系统，体积小，重量轻，光窗口丰富，可扩展性高，在移动式量子精密测量系统、集成化量子计算系统中有强大的潜力。

这项研究成果以“Planar-integrated magneto-optical trap”为题3月10日在线发表于国际学术期刊《Physical Review Applied》上。该项目受到了国家重点研究研发项目、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金和国家市场监管重点实验室（时间频率与重力计量基准）开放课题的资助。本工作相关成果已申请专利并已授权。

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