近日，中国科学院武汉物理与数学研究所宣布，由该所詹明生研究员领导的研究团队利用里德堡态原子的偶极-偶极相互作用，成功实现了一个铷-85 原子和一个铷-87 原子的量子纠缠和基于这两个原子的量子受控非门。
詹明生研究员
雷锋网了解到，该研究成果的相关工作已经于 10 月 18 日发表在《物理评论快报》上。
根据理论推测，不同粒子间的量子纠缠广泛存在于各种量子复合体系，包括玻色-玻色混合体系、捕光复合物和光反应中心复合物组成的光合系统等。操控不同粒子间的纠缠，对于模拟和理解强关联的多体相互作用体系、分数量子霍尔态以及多自旋相互作用体系中量子位相的传输等都有着非常重要的意义。而通过实验实现两个不同种粒子的量子纠缠是基础且关键的一步。
在该推测的启发下，研究团队进行了实验并获得成功。研究组许鹏副研究员和博士生曾勇等人在前期完成的异核单原子囚禁的基础上，利用 480 纳米和 780 纳米的激光将铷原子相干激发到了到主量子数为 79 的高里德堡态。他们充分利用铷-85 和铷-87 在光谱频率上的差别，在原子间距在 3.8 微米时依然实现了对单个原子的寻址及完备操控。
据雷锋网了解，相比同种原子体系，他们实现了更为优越的串扰抑制，更强的里德堡态原子间的偶极-偶极相互作用和更高效的里德堡阻塞。在此基础上，他们首次实现了异核原子间的量子受控非门和量子纠缠。
这项工作的意义是：它不仅展示了异核体系在寻址和抑制原子间操作串扰方面的优势，从而推进多组份原子的量子计算方案；而且为基于异核里德堡原子体系模拟复杂自旋相互作用模型铺平了道路。该工作结合原有的同种原子量子门操控手段，奠定了多组份相互作用体系量子操控的基础。
据雷锋网了解，这项研究得到了科技部重点研发计划、中科院战略性先导科技专项和国家自然科学基金委项目的资助。而《物理评论快报》作为世界著名的物理学顶级学术周刊，它对该研究工作的发表也说明了这项成果已经得到国际认可。
