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06-18
一周内两次在国际科学期刊发表，中科大潘建伟团队被太忙了”！ 6月15日，《Nature》杂志刊登了潘建伟团队领导的量子通信研究《基于纠缠的千公里级安全量子加密》。
6月18日，《Science》杂志以“首发”的形式发表了潘建伟和苑震生在超冷原子量子计算和模拟研究方面的最新进展，题为“光学晶格中的冷却和纠缠超冷原子”《在光学晶格中冷却和纠缠超低温原子》。
雷锋注：图片取自Science。
在后一项研究中，研究人员首次尝试了一种新的冷却机制。
实验结束后，系统的熵减少了65倍，达到了历史最低熵。
在此基础上，研究团队首次实现了光学晶格中原子高保真纠缠态的同步制备，保真度达到99.3%。
晶格中的原子存在填充缺陷。
在量子计算领域，量子纠缠被视为核心资源。
随着纠缠比特数量的增加，量子计算的能力也将呈指数级增长。
因此，大规模纠缠态的制备、测量和相干操纵已成为量子计算研究的核心问题。
通常，要实现大规模纠缠态，必须同时制备大量纠缠粒子对，然后通过量子逻辑门运算连接起来，形成多粒子纠缠。
因此，同时制备高质量的纠缠粒子对是实现大规模纠缠态的首要条件。
在实现量子比特的物理系统中，由于其良好的可扩展性和高精度的量子操控，光晶格超冷原子比特和超导比特被认为是最有可能率先实现大规模量子纠缠的系统。
早在2017年，中国科学技术大学研究团队就开始与德国海德堡大学合作，共同攻克基于超冷原子光晶格的可扩展量子信息处理。
研究人员开发了一种具有自旋相关特性的超晶格系统，形成一系列平行的双阱势。
不仅如此，每个双阱势均利用光场产生有效的磁场梯度。
结合微波场，实现超晶格中左右网格点以及两个原子自旋等自由度的高保真量子控制。
据量子物理与量子信息研究系介绍，在早期研究中，研究团队利用Rb-87超冷原子制备了保真度达79%的多对超冷原子纠缠态，并利用该系统来调控特殊的环交换。
相互作用产生四体纠缠态，模拟拓扑量子计算中的任意子激发模型。
但由于晶格中原子温度较高，填充缺陷大于10%，不利于形成更大的多原子纠缠态和纠缠保真度的提高。
因此，光学晶格超冷原子比特系统还有待进一步完善。
实现创纪录的低熵并获得纠缠原子在论文中指出，研究团队首次提出了一种新的制冷机制，利用交错晶格结构将绝缘状态的冷原子浸入超流体状态。
状态之间进行高效的原子和熵交换，以超流态低能激发的形式在系统中储存热量，然后利用精确的控制方法去除超流态，从而获得低熵填充晶格。
基于此，研究人员在0个原子的量子模拟器中进行了实验。
在二维平面中，研究人员将熔化的绝缘体样本浸入可移动的超流体储存器中并使其冷却。
雷锋网注：图为光学晶格中原子冷却示意图。
结果表明，冷却后系统的熵达到历史最低熵，降低了65倍。
不仅如此，晶格中原子的填充率大幅提高至99.9%。
以上，达到近乎完美的水平。
在此制冷的基础上，研究人员进一步推进了研究。
研究人员开发了双原子位高速纠缠门，最终获得了一对纠缠原子，纠缠保真度高达99.3%。
对此，研究人员表示，他们的研究为探索低能多体相提供了环境，使大规模纠缠变得更加可能。
此外，《Science》杂志的审稿人对这项研究成果给予了积极评价：他们实现了我所知道的原子比特中最低的熵，并且在如此大的（10,000个原子）系统中；不仅如此，他们还报道了据我所知中性原子中保真度最高的两位量子门。
开发光学晶格中量子气体的新型冷却技术是科学界获得新的物质态和量子信息应用的重要目标。
从这个意义上说，我认为他们取得如此大的熵减是一个突破……超冷原子量子计算和模拟研究新突破的功臣离不开潘建伟和苑震生领导的研究团队，从他们的以往的研究经历，两人有着相当多的背景。
被誉为“量子之父”的弗拉基米尔·潘建伟是“墨子号”的首席科学家。
主要从事量子物理和量子信息研究，是国际量子信息实验研究领域的先驱之一，也是该领域具有重要国际影响的科学家。
尽管潘建伟每周两次出现在国际期刊上，但他的亮点远不止于此；不仅多次出现在国际期刊上，还多次创下记录，包括：2018年5月，潘建伟发表了一篇题为“多光子纠缠”的关于《现代物理评论》和干涉测量”的论文；这是第一篇实验论文今年11月，潘建伟等研究人员将可抵御黑客攻击的远程量子密钥分发系统的安全距离延长至公里，并将码率提高了3个数量级，创下了世界纪录。
结果发表于《物理评论快报》。
2020年1月，潘建伟团队荣获年度克利夫兰奖；这是该奖设立90年来首次有中国科学家因其在本土完成的科研成果而获奖。
今年，潘建伟又创造了一项世界纪录。
潘建伟和包晓晖团队在实验室实现了远距离量子纠缠，分别为22公里和50公里。
苑震生 苑震生，中国科学技术大学教授。
他的研究兴趣包括超冷原子的量子控制、量子光学以及原子和分子物理学。
据量子物理与量子信息研究部官方介绍，苑震生教授已在国际权威学术期刊发表研究论文40余篇，累计被引用次数。
其中包括：2010年，国际上首次实验实现了基于量子存储的光子纠缠与操控和量子隐形传态，研究成果发表于《Nature Physics》； 2009年，量子中继器基本节点的实验实现，研究成果发表于《Nature》； 2016年，他和潘建伟教授等人通过量子控制的方法，首次观测到超冷原子系统中的任意子激发。
该研究发表在《自然·物理学》；……虽然这些“最可爱的人”取得了许多成就，但他们还没有停下脚步，不断用新的研究成果刷新我国在量子计算和模拟方面的进展。
期待更多研究成果的发布，雷锋网将持续关注。
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