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中国科学家首次实现十光子纠缠

2016-12-26

中国科学技术大学潘建伟及其同事陆朝阳、陈宇翱等组成的研究小组在发展基于三明治型BBO晶体和高非线性系数BiBO晶体等纠缠制备技术的基础上,在国际上成功制备了综合性能最优的纠缠光子源,首次实现了十光子纠缠,打破了之前由该研究组保持了多年的八光子纪录,再次刷新了光子纠缠态制备的世界纪录。基于上述技术路线的相关研究成果分别发表于国际权威学术期刊Physical Review Letters和Optica,并被美国物理学会Physics网站和Nature杂志的研究亮点栏目报道。

多粒子纠缠操纵作为量子信息处理基本能力的核心指标,一直是国际角逐的焦点。能操纵的纠缠光子数目的增加,往往伴随着指数级增强的量子信息处理能力,伴随着量子力学和爱因斯坦的定域实在论之间愈加尖锐的矛盾,但是同时,也伴随着其实验实现难度的不断挑战。瞄准这一战略性目标,潘建伟和同事首次实现并一直保持着多光子纠缠态的世界记录,并系统性地应用于量子通信、量子计算等多个研究方向,成为国际上多光子纠缠领域的开创者和引领者。

2012年,潘建伟小组首次实现了八光子纠缠,并成功地应用于拓扑量子纠错和百公里量子隐形传态实验,相关成果入选了Nature杂志年度十大科技亮点。之后,对十光子纠缠的操纵就自然地成为了量子信息领域的下一个重大目标。通过多年的探索,潘建伟小组分别采用了基于三明治型BBO晶体的束型纠缠源和基于高非线性系数BiBO晶体的贝尔态合成式纠缠源技术,制备了收集效率、保真度和光子全同性这三个综合性能国际最优的脉冲纠缠光子源,并在此基础上,实现了十光子纯纠缠和可提纯纠缠态的实验制备和严格验证。值得一提的是,将上述纠缠源制备技术结合起来,将有望实现更多光子数的纠缠。这一成果可应用于大尺度量子信息技术,表明我国在国际上继续引领多光子纠缠和干涉度量的研究。

论文链接:

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.210502

美国物理学会Physics网站推介:

http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.117.210502

《自然》杂志“研究亮点”: 

http://www.nature.com/nature/journal/v540/n7631/full/540011b.html

(微尺度物质科学国家实验室、量子信息与量子科技前沿创新中心、科研部) 

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