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中国科学家首次实现十光子纠缠

日期 2017-01-13   来源:数理科学部   作者:倪培根 张守著  【 】   【打印】   【关闭

  在国家自然科学基金项目(项目编号:91336214)等的资助下,中国科学技术大学潘建伟院士、陆朝阳教授、陈宇翱教授等组成的研究团队在国际上通过两种不同的方法制备了综合性能最优的纠缠光子源,首次成功实现十光子纠缠并展示了基于纠缠的相位超分辨能力。此项工作打破了之前由该研究组保持了多年的八光子纠缠纪录,再次刷新了光子纠缠态制备的世界纪录。成果以“Experimental Ten-Photon Entanglement”(十光子纠缠实验)为题于2016年11月15日以“编辑推荐”的形式在Physical Review Letters和Optica上在线发表。论文连接:http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.210502。该文被美国物理学会physcis网站(http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.117.210502)和Nature研究亮点栏目(http://www.nature.com/nature/journal/v540/n7631/full/540011b.html)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。能操纵纠缠光子数目的多少,往往伴随着指数量级量子信息处理和精密测量能力的增强。瞄准这一战略性目标,潘建伟院士及其同事首次实现并一直保持着多光子纠缠态的世界记录,系统性地应用于量子通信、量子计算等多个研究方向。

  2012年,潘建伟院士研究团队首次实现了八光子纠缠,并成功将该技术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Nature年度十大科技亮点。此后,对十光子纠缠的操纵成为量子信息领域的下一个重大目标。通过多年的探索,潘建伟院士研究团队利用两种不同的技术途径制备出了收集效率、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,并且把多光子之间的纠缠特性应用于对相位的超分辨测量。

  这一成果可应用于大尺度量子信息技术和精密测量,我国将在国际上继续引领多光子纠缠和干涉度量的研究。

图1用量子纠缠图态的形式表示将五对双光子纠缠连接成一个十光子纠缠的过程。

图2产生十光子纠缠的实验装置图

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