光镊中原子运动态的量子操控与超纠缠冷却新机制

时间:2025年5月23日
来源:SCIENCE

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为解决光学镊子体系中原子运动态量子操控的难题,研究人员开发了基于擦除冷却(erasure cooling)的普适性机制,将运动激发转化为可定位错误,实现了超越传统边带冷却的基态制备。通过相干操纵纯净运动态,团队完成了中途读取(mid-circuit readout)和擦除检测,并在分离镊子中构建双原子运动纠缠态,最终同步实现运动与光学量子比特的贝尔态(Bell state)超纠缠(hyperentanglement),为中性原子量子计算开辟了新路径。

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在光学镊子(optical tweezers)这一量子信息处理平台上,锶原子阵列的精密操控取得突破性进展。研究团队创新性地采用擦除冷却技术——通过将原子运动激发转化为可追踪的"擦除错误"(erasure errors),实现了接近完美的运动基态制备,其效率远超传统边带冷却(sideband cooling)的理论极限。

借助纯净的运动量子态,科学家们展示了令人惊叹的相干操控能力:不仅能在量子计算进程中实时读取原子状态(mid-circuit readout),还能通过局域 shelving 技术检测运动叠加态中的擦除事件。更引人注目的是,团队成功让两个独立光镊中的原子运动发生量子纠缠,并在此基础上首次实现了运动自由度与光学量子比特的双重贝尔态(Bell state)超纠缠(hyperentanglement)。这项突破性工作解锁了中性原子体系丰富的量子操作可能性,为构建环境鲁棒性更强的量子处理器奠定了关键基础。

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