清華量子信息中心首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)量子絕熱捷徑

清華新聞網(wǎng)10月17日電 清華大學(xué)交叉信息研究院量子信息中心金奇奐副教授離子阱計(jì)算研究組首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)量子絕熱捷徑。論文《囚禁離子相空間中利用逆絕熱驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)量子絕熱捷徑》（Shortcuts to adiabaticity by counterdiabatic driving for trapped-ion displacement in phase space）近日發(fā)表于《自然·通訊》。  

圖 1：(a) 逆絕熱法的經(jīng)典類(lèi)比.

圖 1： (b) 通過(guò)施加逆絕熱哈密頓量絕熱操作不再受到時(shí)間的限制。

絕熱操作是一項(xiàng)非常重要的量子技術(shù)。但是環(huán)境造成的退相干限制了絕熱操作的應(yīng)用。最近絕熱捷徑技術(shù)的發(fā)現(xiàn)吸引了大量的關(guān)注。量子絕熱捷徑能夠使用非絕熱的方法在任意短的時(shí)間內(nèi)模擬另一個(gè)絕熱過(guò)程。在大量能夠?qū)崿F(xiàn)絕熱捷徑的方案中，逆絕熱法能夠?qū)崿F(xiàn)絕熱過(guò)程快放（如圖1）的特點(diǎn)使其優(yōu)于其他的方法。在實(shí)驗(yàn)上，逆絕熱法通過(guò)施加一個(gè)逆絕熱的哈密頓量來(lái)壓制任意時(shí)刻非絕熱躍遷。 

圖 2：實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(a)不同絕熱捷徑方法在瞬時(shí)基下的激發(fā)。只有逆絕熱法能夠保證任何時(shí)刻的絕熱跟隨。(b)抗噪性測(cè)試. 假設(shè)囚禁頻率發(fā)生了改變而我們并不知道，仍然使用錯(cuò)誤的囚禁頻率來(lái)設(shè)計(jì)絕熱捷徑，然后測(cè)量輸運(yùn)之后的激發(fā)量。結(jié)果顯示逆絕熱法是最優(yōu)的方案。

本文第一次報(bào)道了在相空間中應(yīng)用逆絕熱法輸運(yùn)囚禁離子的運(yùn)動(dòng)態(tài)，并且驗(yàn)證了逆絕熱法在諸多方面都優(yōu)于其他絕熱捷徑方案（如圖2）。文中實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰地顯示，與其它方案相比，逆絕熱法在有限量子操控資源的條件下能夠以最短的時(shí)間和最抗噪地方式實(shí)現(xiàn)量子絕熱捷徑。此研究工作使得量子絕熱捷徑技術(shù)在量子門(mén)操作和量子模擬中能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。

該實(shí)驗(yàn)工作由交叉信息研究院2012級(jí)博士生安碩明、呂定順完成，美國(guó)麻省大學(xué)波士頓校區(qū)阿多夫·德·岡波（Adolfo del Compo）副教授提供理論支持。論文第一作者為安碩明，共同通訊作者為安碩明、阿多夫·德·岡波副教授和金奇奐副教授。該項(xiàng)工作得到國(guó)家基礎(chǔ)研究項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金支持。

論文鏈接：http://www.nature.com/articles/ncomms12999

供稿：交叉信息學(xué)院 編輯：李華山