中国科技大学实现了多模量子纠缠态的损耗制备

中国科技大学教授林毅恒与香港中文大学教授袁海东合作，运用离子陷阱系统的振动模式，演示实验中可编程损耗的工程方法，成功制备了两模、三模、五模量子多体纠缠态。7月2日，相关成果在《科学进步》中发表。

多模纠缠态作为量子计算、量子通信和量子精密测量领域的重要资源，如何实现稳定和可扩展的多模纠缠态备受关注。其中一个主要困难是量子系统容易受到环境噪声的干扰，即损失现象，这促使传统的制备过程不得不隔离系统和环境，以减少损失的影响。近年来，实验和理论研究带来了新的想法。研究人员发现，在精心规划下，损失过程可以转化为产生特定量子态的资源，即“损失工程”，甚至可以自发地产生稳定的目标状态。然而，以往的相关实验展示仅限于一个或两个系统，实现多种玻璃色纠缠制备的实验仍然存在显著的挑战。

本研究通过精确控制束缚钙离子链的激光，实现了特定损耗过程的可控编程。该操作促进高度纠缠的目标量子态是系统中唯一的稳定状态，并驱动其他状态自发流向目标状态，呈现出“自动稳定”的特点，大大提高了技术的实用性和适用范围。最后，团队从初始热态出发，以84%以上的保真度，确定性地制备了两模、三模、五模的多体压缩纠缠态，并进行了全面的表征。其中，通过测量方法和应用van的量子关联 Loock–Furusawa不等式等标准判证，验证了纠缠态的成功制备及其真多体纠缠特性。

本研究充分展示了离子陷阱平台在连续变量量子信息处理中的独特潜力。所显示的损耗工程方法具有普遍性，未来可应用于超导电路、冷原子系统、光机械系统等物理平台。随着量子技术的不断工程化和系统化，基于损耗的纠缠构建方法将为稳定可靠的量子数据分析系统的构建提供强有力的支持，在量子计算、多参数测量等研究领域发挥重要作用。