清华量子信息中心段路明研究组实现光子到宏观金刚石振动模式的量子隐态传输

2016年06月02日 浏览次数: 0

清华大学交叉信息研究院段路明教授研究组在量子信息领域取得重要进展，首次实现从光子到宏观金刚石振动模式的量子隐态传输，该成果的研究论文《光到宏观金刚石振动模的量子隐态传输》（Quantum teleportation from light beams to vibrational states of a macroscopic diamond）近日发表于自然子刊Nature Communications（《自然•通讯》）上。

 量子隐态传输是量子通信与量子计算领域一个重要的原型操作，利用量子纠缠和经典通信将完整的量子态信息从一个物理系统传送到另一个系统。自二十多年前量子隐态传输的概念提出以来，它一直是量子信息物理实现领域的一个研究热点，各国科学家竞相在不同的微观物理系统中实现量子隐态传输方案，作为该系统量子相干调控能力的证明。迄今量子隐态传输已经在光子之间，单个离子、原子、或原子团之间，以及固体量子比特之间得到演示和证明。

人们希望将量子隐态传输的对象推进到更宏观的物体，超出微观世界的限制，实现对宏观系统的量子相干调控。作为此前沿研究方向上的突破，段路明研究组首次实现了量子态从一个微观粒子（单光子）到常温宏观物体（厘米尺寸的金刚石样品）的集体振动模式的量子隐态传输，将隐态传输的对象推进到迄今最大的物体，该工作代表量子相干调控领域的一个重要研究进展。

利用超快激光产生光子与宏观金刚石集体振动模（声子）量子纠缠的示意图

光子到金刚石集体振动模量子隐态传输的示意图

量子隐态传输的保真度（～90%）显著超过经典极限66.7%

该实验使用了独特的设计，将金刚石中不同振动模式编码为量子比特，使用超快飞秒激光，产生光子与金刚石振动声子的纠缠。利用光子与金刚石振动声子间的纠缠，将光子的偏振比特传输到金刚石中的振动模式中。实验组完成了对多个互补量子态的隐态传输，平均保真度超过90%，远高于经典极限66.7%，充分验证了隐态传输的量子性，实现了常温宏观金刚石样片的量子相干调控。论文得到三位审稿人的一致积极推荐，称其为此领域“一个激动人心的进展”。

该论文的第一作者为交叉信息院三年级博士研究生侯攀宇，通讯作者为姚期智讲座教授段路明，其他作者还包括交叉信息院博士研究生黄园园、袁新星、祖充，助理研究员常秀英、何丽。此项目得到教育部的研究经费支持。

论文链接http://www.nature.com/ncomms/2016/160531/ncomms11736/abs/ncomms11736.html