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光明晚報南京5月29日電（記者常河通信員楊凡）關(guān)于量子糾纏，科學(xué)家們研究對象多是光子。記者近日從中國科技學(xué)院據(jù)悉，最新的研究表明，經(jīng)過調(diào)控，分子尺度也可以出現(xiàn)量子糾纏現(xiàn)象。中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成員林毅恒院士與俄羅斯國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所合作，在離子阱體系實(shí)現(xiàn)帶電原子和帶電分子的聯(lián)合調(diào)控，首次制備了單原子和單分子之間的量子糾纏態(tài)，但是通過定量表征手段，確定形成的量子糾纏超過臨界閥值。該研究成果近期在線發(fā)表在《自然》上。這項成果對于未來借助分子進(jìn)行量子信息處理有重要助力作用。
分子作為多個原子組成的系統(tǒng)，原子集團(tuán)可以轉(zhuǎn)動和發(fā)生震動，由此帶來奇特的屬性。諸如，類比陀螺的轉(zhuǎn)動和使用彈簧聯(lián)接的小球震動，分子可以有不同轉(zhuǎn)動角速率和角度以及震動模式，這種精典的化學(xué)量可以通過量子化形成量子狀態(tài)。研究發(fā)覺，分子可以作為媒介量子糾纏通訊，用于匹配和溝通頻率迥異的不同量子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合的量子體系和信息處理平臺。
在研究中，科學(xué)家通過在離子阱體系禁錮帶電的鈣原子和溴化鈣分子，使用激光調(diào)控制備出它們之間的糾纏態(tài)。這項研究工作結(jié)合了近些年來發(fā)展的多項重要技術(shù)，包括借助帶電原子和分子的電互相作用實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，可以在不遺失分子的情況下借助原子間接讀出其信息；使用紅外的激光實(shí)現(xiàn)分子轉(zhuǎn)動態(tài)的高精度調(diào)控等技術(shù)。實(shí)驗(yàn)中，研究人員首先初始化原子和分子到某個確定的低能量狀態(tài)（能級），但是冷卻她們的運(yùn)動到接近量子的極限。隨即使用激光作用在單個分子上，制備出轉(zhuǎn)動維度高低能量的疊加狀態(tài)，再通過一系列復(fù)雜的激光脈沖序列，形成所需的量子關(guān)聯(lián)——糾纏態(tài)。通過觀察不憐憫況下原子和分子協(xié)同的狀態(tài)關(guān)聯(lián)，可以將所有信息整合成一個范圍在0到1之間的值量子糾纏通訊，超過0.5的閥值即表示糾纏態(tài)的出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)值在偏差范圍內(nèi)遠(yuǎn)高出這個閥值，表明糾纏態(tài)的形成。
論文的第一完成單位是中科院教授、中科大副院長杜江峰領(lǐng)導(dǎo)的中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室專注于載流子科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究，具有國際著名度的實(shí)驗(yàn)室。自主研制了一系列先進(jìn)的載流子實(shí)驗(yàn)方式技術(shù)和實(shí)驗(yàn)武器，將載流子調(diào)控的靈敏度和幀率提高到國際領(lǐng)先水平，在與信息科學(xué)、生命科學(xué)和基礎(chǔ)數(shù)學(xué)的前沿交叉研究中取得了具有重要國際影響的研究成果。該室從2000年起仍然從事載流子相關(guān)的量子估算研究，保持著使用量子算法完成最大整數(shù)的質(zhì)質(zhì)數(shù)分解、室溫固態(tài)體系最高精度量子邏輯門控制等世界紀(jì)錄。
《光明晚報》（2020年05月30日04版）