清华量子信息中心首次实验实现量子绝热捷径

2016年10月17日 浏览次数: 0

交叉信息研究院量子信息中心金奇奂副教授离子阱计算研究组首次在实验上实现量子绝热捷径。论文《囚禁离子相空间中利用逆绝热驱动实现量子绝热捷径》（Shortcuts to adiabaticity by counterdiabatic driving for trapped-ion displacement in phase space）近日发表于《自然·通讯》。

图 1：(a) 逆绝热法的经典类比. (b) 通过施加逆绝热哈密顿量绝热操作不再受到时间的限制。

绝热操作是一项非常重要的量子技术。但是环境造成的退相干限制了绝热操作的应用。最近绝热捷径技术的发现吸引了大量的关注。量子绝热捷径能够使用非绝热的方法在任意短的时间内模拟另一个绝热过程。在大量能够实现绝热捷径的方案中，逆绝热法能够实现绝热过程快放（如图1）的特点使之突出于所有其他的方法。在实验上，逆绝热法通过施加一个逆绝热的哈密顿量来压制任意时刻非绝热跃迁。

图 2：实验结果。 (a) 不同绝热捷径方法在瞬时基下的激发。只有逆绝热法能够保证任何时刻的绝热跟随。(b) 抗噪性测试. 我们假设囚禁频率发生了改变而我们并不知道仍然使用错误的囚禁频率来设计绝热捷径，然后测量输运之后的激发量。结果显示逆绝热法是最优的方案。

本文第一次报道了在相空间中应用逆绝热法输运囚禁离子的运动态，并且验证了逆绝热法在诸多方面都优于其他绝热捷径方案（如图2）。文中实验结果清晰地显示逆绝热法在有限量子操控资源的条件下相比于其他方案能够以最短的时间和最抗噪地方式实现量子绝热捷径。此研究工作使得量子绝热捷径技术在量子门操作和量子模拟中能够实现大量应用。

该实验工作由交叉信息研究院2012级博士生安硕明、吕定顺完成，美国麻省大学波士顿校区Adolfo del Compo副教授提供理论支持。论文第一作者为安硕明，共同通讯作者为安硕明、Adolfo del Compo副教授和金奇奂副教授。该项工作得到国家基础研究项目和国家自然科学基金支持。

论文链接：http://www.nature.com/articles/ncomms12999