據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，加拿大滑鐵盧大學(xué)量子計(jì)算研究所(IQC)的科學(xué)家報(bào)告稱，他們首次將一個(gè)光子直接“劈裂”成三個(gè)光子，這一最新研究有望促進(jìn)量子技術(shù)的發(fā)展。
在該研究中，IQC首席研究員克里斯·威爾遜領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用量子光學(xué)領(lǐng)域的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換(SPDC)方法，首次將一個(gè)光子“劈裂”成三個(gè)光子，并創(chuàng)造出量子光學(xué)中所說(shuō)的光的非高斯態(tài)——這種狀態(tài)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)的關(guān)鍵因素。
上海交通大學(xué)集成量子信息技術(shù)研究中心主任金賢敏對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者解釋說(shuō)：“光子相對(duì)穩(wěn)定，光子與光子互相之間較難發(fā)生相互作用。很多量子技術(shù)關(guān)鍵操作，無(wú)論是本文中提到的雙光子和三光子的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生，還是光量子邏輯門，都要求極端強(qiáng)的非線性效應(yīng)作為輔助，而目前實(shí)驗(yàn)上比較難以實(shí)現(xiàn)。”
威爾遜團(tuán)隊(duì)使用微波光子擴(kuò)展了SPDC方法的極限。在實(shí)驗(yàn)中，他們使用了一個(gè)超導(dǎo)參量諧振器，結(jié)果清楚地表明，三個(gè)光子在不同頻率下具有強(qiáng)相關(guān)性。他們正在開(kāi)展研究，證明這些光子發(fā)生了糾纏。
威爾遜說(shuō)：“據(jù)了解，雙光子版本成為量子研究的主要工具已有30多年歷史，但雙光子系統(tǒng)產(chǎn)生的糾纏類型有限，最新研究使我們超越了已有的將一個(gè)光子分為兩個(gè)相互糾纏光子的能力。三光子系統(tǒng)將克服雙光子系統(tǒng)的限制，有望開(kāi)辟三光子量子光學(xué)新領(lǐng)域，鼓勵(lì)進(jìn)一步的理論研究和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，催生使用超導(dǎo)單元的光量子計(jì)算機(jī)。”
“量子霸權(quán)”這一概念最早由加州理工學(xué)院理論物理學(xué)家約翰·普雷斯基爾在2011年的一次演講中提出，也被稱為“量子優(yōu)越性”或“量子優(yōu)勢(shì)”。衡量量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”的標(biāo)準(zhǔn)是：能比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更好地解決一個(gè)特定計(jì)算問(wèn)題。
據(jù)悉，中國(guó)科學(xué)家曾經(jīng)對(duì)“量子霸權(quán)”標(biāo)準(zhǔn)做過(guò)研究，他們利用當(dāng)時(shí)世界排名第一的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)做參考，發(fā)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”需要實(shí)現(xiàn)至少50個(gè)光子的產(chǎn)生、操縱和探測(cè)。
金賢敏強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“威爾遜等的研究除了展示可以讓一個(gè)光子‘劈裂’成三個(gè)光子之外，所發(fā)展的強(qiáng)非線性操控能力將對(duì)邁向50個(gè)光子態(tài)的‘量子霸權(quán)’提供基礎(chǔ)性支撐。”(記者 劉霞)
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