據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，加拿大滑鐵盧大學(xué)量子計算研究所(IQC)的科學(xué)家報告稱，他們首次將一個光子直接“劈裂”成三個光子，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，首次將一個光子“劈裂”成三個光子，并創(chuàng)造出量子光學(xué)中所說的光的非高斯態(tài)——這種狀態(tài)被認(rèn)為是實現(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科技日報記者解釋說：“光子相對穩(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，都要求極端強的非線性效應(yīng)作為輔助，而目前實驗上比較難以實現(xiàn)。”
威爾遜團(tuán)隊使用微波光子擴(kuò)展了SPDC方法的極限。在實驗中，他們使用了一個超導(dǎo)參量諧振器，結(jié)果清楚地表明，三個光子在不同頻率下具有強相關(guān)性。他們正在開展研究，證明這些光子發(fā)生了糾纏。
威爾遜說：“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光子分為兩個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，有望開辟三光子量子光學(xué)新領(lǐng)域，鼓勵進(jìn)一步的理論研究和實驗應(yīng)用，催生使用超導(dǎo)單元的光量子計算機(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”。衡量量子計算機(jī)實現(xiàn)“量子霸權(quán)”的標(biāo)準(zhǔn)是：能比經(jīng)典計算機(jī)更好地解決一個特定計算問題。
據(jù)悉，中國科學(xué)家曾經(jīng)對“量子霸權(quán)”標(biāo)準(zhǔn)做過研究，他們利用當(dāng)時世界排名第一的“天河二號”超級計算機(jī)做參考，發(fā)現(xiàn)要實現(xiàn)“量子霸權(quán)”需要實現(xiàn)至少50個光子的產(chǎn)生、操縱和探測。
金賢敏強調(diào)說：“威爾遜等的研究除了展示可以讓一個光子‘劈裂’成三個光子之外，所發(fā)展的強非線性操控能力將對邁向50個光子態(tài)的‘量子霸權(quán)’提供基礎(chǔ)性支撐。”(記者 劉霞)
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