4月19日，记者从华中科技大学得悉，该校物理学院引力中心李霖教授课题组的一项最新研讨成果，日前在《天然·光子学》杂志在线宣布。该研讨在国际上初次完成了根据里德堡原子的光量子羁绊过滤器，可用于维护量子羁绊态，并确认性地滤除噪声光子态。课题组使用该过滤器，从极低保真度的输入态中提取出近乎完美的量子羁绊。
量子羁绊是量子力学中最为奇特的现象之一。爱因斯坦称其为“鬼怪般的超距作用”，即当两个或多个微观粒子产生羁绊时，它们之间会构成一种特别相关，这种相关不受间隔约束，能够瞬间影响粒子状况。物理学家们对此进行了长时间探究。
李霖介绍，光量子羁绊态是传达量子信息最为重要的量子资源之一。使用光量子逻辑门、光羁绊过滤器对光量子羁绊态的高效控制，有助于完成远间隔量子通讯、分布式量子核算及量子精细丈量等重要使用。
近年来，根据里德堡原子的量子物理研讨开展迅速。里德堡原子之间强而可控的相互作用，以及与光子间杰出的交互才能，为完成光子-光子间的高效量子控制供给新的或许。
在本次研讨工作中，课题组根据里德堡原子，完成了不同偏振光子之间的相互作用调控，构建了全新的光量子羁绊过滤器，并由此从含有很多噪声的低保真度输入态中提取出保线%以上的双光子羁绊态。
“量子通讯和量子核算等重要使用对羁绊保真度有着极高的要求，但是，羁绊态制备进程中的不完美、传输进程中引进的噪声会导致保真度下降。”李霖说，开展确认性的羁绊过滤器等量子光学器材是处理这一难题的中心。
为此，课题组使用两个里德堡原子系综进行具有偏振挑选的光子态-里德堡原子态相干转化，将方针羁绊态转化至无退相干子空间进行维护；一起，使用里德堡相互作用将其他的噪声态滤除，然后提取出高保真度的光量子羁绊态。
能够从极大的噪声中提取出近乎完美的量子羁绊，是李霖课题组新方案的优势地点。即便输入态中仅含有7%的羁绊态（初始保线%），里德堡羁绊过滤器仍能将羁绊态保线%以上。
此外，这项研讨还有一个立异之处，即便用一种本来被视为“欠好”的量子效应——退相干，来进行量子羁绊态的操作和制备。通常情况下，退相干会导致羁绊态保真度下降，然后影响量子信息正确传输和处理。因而，人们一般会想方法按捺退相干效应。
但是，课题组研讨人员却奇妙地将退相干“变废为宝”，将噪声双光子态转化为两个里德堡激发态，并经过其无序相互作用引发退相干效应，最终将噪声态除掉，完成量子羁绊过滤。在退相干动力学演化进程中，输出态的羁绊保真度逐步趋近于完美。
为了解并驾御这一杂乱的量子演化进程，课题组与北京自动化控制设备研讨所常越研讨员、中科院理论物理研讨所石弢研讨员协作，开发了里德堡相互作用下的退相干演化模型，其理论模仿结果与试验数据高度符合。这一新方法拓宽了根据里德堡原子的量子调控手法，使得使用低里德堡激发态来制备量子羁绊成为或许。
据介绍，这项研讨成果不光填补了确认性量子羁绊过滤器的空白，还为可扩展的多光子量子光学研讨及里德堡多体量子物理研讨供给新思路。如经过开宗明义里德堡原子系综的规划，可进行多光子的量子并行操作，高效制备薛定谔猫态等多光子羁绊态；经过引进里德堡相互作用的无序性及退相干，进一步探究无序相互作用下的新颖多体动力学进程。
李霖表明，在后续研讨中，课题组还将聚集里德堡原子的高精度控制、里德堡原子-光子的高强度耦合等重要技能，探究根据里德堡原子的精细丈量、量子核算和量子模仿。
