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蔡建明教授团队在量子传感与量子测量领域取得进展
发布时间:2019-04-19

3月21日,我院量子测量与量子信息实验室蔡建明教授团队在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表了题为《Pulsed Quantum-State Reconstruction of Dark Systems》的研究论文。他们提出对“暗”量子物理体系的量子态进行测量的量子传感方案,有望推动基于“暗”量子物理体系的量子信息科学技术与量子力学基本问题的研究,进一步拓展量子传感与量子测量的应用领域。



对量子物理体系的量子态进行准确而有效的测量是探究量子力学基本问题以及实现量子信息技术的关键要求之一。然而,在实际情况中,研究人员发现存在许多重要的“暗”量子物理体系。这些“暗”量子物理体系与外界环境的耦合比较弱,因此它们在实现量子科学技术(如量子比特或者量子存储器)及探究量子物理基本问题(如量子退相干的基本物理机制和经典与量子理论边界问题等)中有望扮演重要的角色。此外,这些“暗”量子物理体系与外场的耦合也同样比较弱,从而导致在实验上无法或者比较困难直接对其量子态进行操控和测量。所以,如何测量“暗”量子物理体系成为量子科学技术与量子物理领域面临的重要挑战之一。


蔡建明教授研究团队将量子传感的原理和应用从测量经典的物理量拓展到量子物理体系。他们通过对一个单量子探针进行简单的周期性脉冲调制,提出了对“暗”量子物理体系的量子态进行测量的有效策略。该策略首先将一个二能级单量子探针初始化到量子叠加态,然后将量子探针与待测“暗”量子物理体系耦合起来(弱耦合)。对量子探针施加的周期性脉冲控制场可以调控量子探针的演化,量子探针和“暗”量子物理体系演化成为一个量子纠缠态,从而使得“暗”量子物理体系的状态信息被编码在这个量子纠缠态之中。由于量子纠缠的奇特性质,只需要对量子探针进行测量,研究人员就可以获取“暗”量子物理体系的状态信息。


该测量“暗”量子物理体系的原理具有广泛的适用性,可应用于离散和连续的量子物理体系。该体系不依赖对“暗”量子物理体系进行操控的能力,同时建立在实验技术比较成熟的单量子探针的调控基础上,具有简单、可行、抗环境噪声等优点。有望为“暗”量子物理体系的测量提供有力的实验手段,进一步拓展量子传感与量子测量研究的领域。


该研究工作得到国家自然科学基金和博士后基金的支持。

论文链接: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.110406..

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