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我国量子纠缠加速生成研究取得进展

在囚禁离子平台引入可控耗散,构造宇称-时间对称非厄米哈密顿量,将纠缠态制备速度提升1.52倍,突破传统厄米量子速度极限,同时保持高保真度,为量子信息处理提供新途径。

《物理评论快报》上最近刊发了一项有意思的研究——来自中国科学院精密测量科学与技术创新研究院的团队,在囚禁离子实验平台上,把非厄米体系中的纠缠生成速度实实在在地“推了一把”。结果呢?传统厄米量子速度极限被突破了,纠缠态制备速度提升了1.52倍。换句话说,原来需要花时间慢慢“磨”出来的纠缠态,现在能快上一截。


量子纠缠这个东西,可以说是量子计算、量子通信和量子传感的“心脏”。但在传统厄米量子系统里,生成纠缠的速度一直受限于量子比特间的耦合强度——好比两个人握手,握得再紧,拉扯的速度也有上限。能不能绕开这个天花板,实现更快的量子操控?这正是当前量子信息领域的一个前沿热点。

研究团队的做法很巧妙:在离子阱系统里引入可控的耗散,构造出一个具有宇称—时间对称性的非厄米哈密顿量。通常情况下,耗散被认为是破坏量子相干性的“坏东西”,但这里的关键在于——可控的耗散能把系统参数调到奇异点附近,导致希尔伯特空间发生几何畸变,从而让量子态的演化“加速”。利用这个机制,最大纠缠态的产生速度比传统方案快了1.52倍。当然,加速越明显,成功的概率就会越低。所以团队在实验中精心挑选了兼顾加速效率与成功概率的工作点,并通过宇称振荡测量验证了制备出的纠缠态仍具有高保真度——说明这种非厄米加速在实际应用中确实行得通。

这项研究的亮点在于:第一次在可编程量子系统中证实,非厄米体系可以突破传统公认的量子速度极限,同时也证明耗散并非只能当“捣乱分子”,它完全可以作为一种可控资源来加速量子动力学。这对于高速量子门、量子传感器的设计提供了全新思路,也为非厄米物理与量子信息科学的交叉研究打开了一扇新的大门。

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