7月3日凌晨,国家科技大学网站宣布,中国科技大学潘剑伟教授及其同事陆朝扬、刘乃乐、王锡林通过调整6个光子的偏振、路径和轨道角动量,在世界上首次实现了18个光学量子位的纠缠,创造了所有物理系统中最大纠缠态制备的世界纪录。结果以“编辑推荐”的形式发表在《物理评论快报》上。经过国际同行评审,从提交到正式接受仅用了三周时间。

由于量子信息技术的巨大潜在价值,欧美国家正在积极整合各种研究力量和资源,在国家层面开展协同研究。例如,欧盟在2016年宣布推出其旗舰量子技术项目。最近,美国国会也正式通过了国家量子行动计划。在此之前,大型高科技公司如谷歌、微软、IBM等。也积极参与量子计算研究。

多量子位的相干操纵和纠缠态的制备是发展可扩展量子信息技术,特别是量子计算的核心指标。量子计算的速度随着实验可以控制的纠缠比特数呈指数增长。然而,为了实现多量子位的纠缠,需要高精度和高效率的量子态制备以及独立量子位之间相互作用的精确调控。随着量子位数量的增加,由操纵引起的噪声、串扰和误差也会增加。这对量子系统的设计、处理和控制提出了极高的要求,对量子纠缠和量子计算的发展提出了巨大的综合挑战。

多粒子纠缠操纵作为量子计算不可逾越的技术制高点,一直是国际竞争的焦点。2016年底,潘剑伟团队同时实现了10个光子比特和10个超导量子比特的纠缠,刷新并保持了两项世界纪录。最近,出于商业目的,尽管IBM、英特尔、谷歌和其他公司已经宣布他们已经处理了更多的量子位样本,但是这些量子位还没有形成纠缠态。

在过去的20年里,潘剑伟和他的同事们一直引领着多光子纠缠和干涉测量的发展。在此基础上,他们创造了一种控制多自由度光子的新方法。2015年,潘建伟、卢朝扬课题组通过量子控制技术的实现以及光子偏振和轨道角动量两个自由度的无损测量,首次实现了单光子多自由度的量子隐形传态。相关成果被物理研究所新闻网站《物理世界》评选为“年度国际突破”。从那以后,研究小组进入了“无人地带”,对三个自由度的多个光子进行联合调控。经过多年不懈的探索和技术研究,该研究团队自主研发了高稳定的单光子多自由度干涉仪,实现了不同自由度量子态之间的确定性和高效的相干转换,完成了18个量子位的262144个态的同时测量。

在此基础上,研究团队成功实现了18个光学量子位超纠缠态的实验制备和严格多体纯纠缠的验证,创造了所有物理系统制备纠缠态的世界纪录。这一成果可进一步应用于大规模、高效率的量子信息技术,表明中国在多体纠缠的国际研究中仍处于领先地位。