清華量子信息中心首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)量子絕熱捷徑
清華量子信息中心首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)量子絕熱捷徑
2016年10月17日 瀏覽次數(shù): 0
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. (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)使之突出于所有其他的方法。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. 我們假設(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)果清晰地顯示逆絕熱法在有限量子操控資源的條件下相比于其他方案能夠以最短的時(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)大量應(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)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、Adolfo del Compo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
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