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《苏黎世理工大学实现迄今最大规模的薛定谔猫态》

  • 来源专题：量子信息科技
  • 编译者： 于杰平
  • 发布时间：2023-06-27

  • 2023年4月20日，瑞士苏黎世理工大学Chu Yiwen团队在一块质量为16.2微克的蓝宝石晶体上，使约1017个原子处于两种不同声子振荡模式的叠加，构建了迄今为止最大规模的薛定谔猫态。该结果为探索量子和经典世界之间边界提供了新的方向，有望在连续变量量子信息处理和机械谐振腔计量学中得到应用。

    https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf7553

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  • 《中国科学技术大学实现高自旋原子的长寿命薛定谔猫态》
    • 编译者：李晓萌
    • 发布时间：2024-12-06
    • 中国科学技术大学与合肥国家实验室夏添、卢征天、邹长铃等人合作，利用激光冷原子方法制备成基于自旋的薛定谔猫态，其寿命达到分钟量级，有助于提升对自旋进动相位的测量灵敏度。相关成果以“Minutes-scale Schr?dinger-cat state of spin-5/2 atoms”为题于11月1日发表在《自然-光子学》期刊上(Nature Photonics)。 在量子精密测量中，自旋进动不仅是测量磁场、惯性等许多物理现象的有效探针，还可以用于探索超越标准模型的新物理。在做自旋进动测量时，高自旋薛定谔猫态具有明显优势，一方面因为高自旋量子数放大了进动频率信号；另一方面因为猫态对一些环境干扰因素不敏感，从而压制了测量噪声。然而，实验中应用猫态面临两大技术挑战：一是如何在高维量子空间中实现幺正变换的高效操控；二是需要保持足够长的量子相干时间。 在本工作中，研究团队成功实现了一种具有超长相干时间的薛定谔猫态。研究人员利用光晶格囚禁自旋为5/2的镱-173原子，通过控制激光脉冲对原子诱导非线性光频移，制备出由自旋投影为+5/2与-5/2两个态组成的叠加态。由于这两个态的磁量子数相距最远，所以它们的叠加态被称为薛定谔猫态。这种猫态具有增强的磁场灵敏性，同时在光晶格中感受到完全相同的光频移，处于“无消相干子空间”中，从而对光晶格的强度噪声和光斑形貌变化具有天然的免疫性。实验结果表明，该猫态的相干时间突破了20分钟。通过Ramsey干涉测量法，研究人员证实了接近海森堡极限的相位测量灵敏度。这一长寿命薛定谔猫态为原子磁力计、量子信息纠错以及探索新物理等开辟了新途径。 合肥微尺度物质科学研究中心杨洋博士为论文第一作者，夏添研究员和卢征天教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金委和科技部的资助。 文章链接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01555-3 （合肥微尺度物质科学国家研究中心、科研部）
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  • 《物理学家可以预测薛定谔猫的跳跃（最后保存它）》
    • 来源专题：生物安全网络监测与评估
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2019-06-10
    • 耶鲁大学的研究人员已经想出了如何捕捉和拯救薛定谔着名的猫，这是量子叠加和不可预测性的象征，通过预??测它的跳跃并实时行动来拯救它免受众所周知的厄运。在这个过程中，他们推翻了量子物理学多年的基石教条。 这一发现使研究人员能够建立一个早期预警系统，用于即时跳跃含有量子信息的人造原子。宣布这一发现的研究发表在6月3日的“自然”杂志网络版上。 薛定谔的猫是一个众所周知的悖论，用于说明叠加的概念 - 两种相反状态同时存在的能力 - 以及量子物理学中的不可预测性。这个想法是将一只猫放在一个带有放射源和毒药的密封盒子里，如果放射性物质的原子衰变，它就会被触发。量子物理学的叠加理论表明，在有人打开盒子之前，猫既活着又死了，是状态的叠加。打开盒子观察猫会导致它突然改变其量子状态，迫使它死亡或活着。 量子跃迁是观察时状态的离散（非连续）和随机变化。 该实验在耶鲁大学教授米歇尔·德沃雷特（Michel Devoret）的实验室中进行，并由第一作者Zlatko Minev提出，这是第一次实现量子跃迁的实际运作。结果揭示了一个令人惊讶的发现，这与丹麦物理学家尼尔斯玻尔的既定观点相矛盾 - 跳跃既不突然也不像以前认为的那样随意。 对于诸如电子，分子或含有量子信息的人造原子（称为量子位）这样的微小物体，量子跃迁是从其离散能量状态之一到另一个能量状态的突然过渡。在开发量子计算机时，研究人员必须处理量子比特的跳跃，这是计算误差的表现。 一个世纪以前，波尔将理论上的量子跃迁理论化，但直到20世纪80年代才在原子中观察到。 “每次我们测量量子位时都会出现这些跳跃，”耶鲁大学应用物理和物理学教授，耶鲁大学量子研究所成员Devoret说。 “从长远来看，众所周知，量子跃变是不可预测的。” “尽管如此，”Minev补充说，“我们想知道是否有可能获得一个预警信号，即即将发生跳跃。” Minev指出，该实验的灵感来自奥克兰大学的Howard Carmichael教授的理论预测，他是量子轨迹理论的先驱，也是该研究的共同作者。 除了其基本影响之外，该发现还是理解和控制量子信息的潜在重大进步。研究人员表示，可靠地管理量子数据并在发生错误时纠正错误是开发完全有用的量子计算机的关键挑战。 耶鲁大学团队使用一种特殊方法间接监测超导人造原子，三个微波发生器照射封闭在铝制3D腔内的原子。 Minev为超导电路开发的双重间接监测方法使研究人员能够以前所未有的效率观察原子。 微波辐射在同时被观察时搅动人造原子，导致量子跃迁。这些跳跃的微小量子信号可以放大而不会损失到室温。在这里，他们的信号可以实时监控。这使得研究人员能够看到突然没有检测到的光子（由微波激发的原子的辅助状态发出的光子）;这种微小的缺席是量子跳跃的预警。 “尽管有观察结果，这次试验显示的美丽效果是跳跃过程中的连贯性增加，”Devoret说。添加了Minev，“你可以利用它不仅可以捕获跳跃，还可以逆转它。” 研究人员表示，这是至关重要的一点。虽然从长远来看量子跃迁看起来是离散的和随机的，但逆转量子跃迁意味着量子态的演化部分地具有确定性而非随机性;跳跃总是以相同的，可预测的方式从其随机起始点发生。 “原子的量子跃迁有点类似于火山的喷发，”Minev说。 “从长远来看，它们是完全不可预测的。尽管如此，通过正确的监测，我们可以确定地发现即将发生的灾难的预警，并在灾害发生之前对其采取行动。 该研究的其他共同作者包括耶鲁大学的Robert Schoelkopf，Shantanu Mundhada，Shyam Shankar和Philip Reinhold。奥克兰大学的RicardoGutiérrez-Jáuregui;和来自法国计算机科学与自动化研究所的Mazyar Mirrahimi。该研究得到了美国陆军研究办公室的支持。这项新研究是耶鲁量子研究工作的最新举措。耶鲁科学家处于开发第一批完全有用的量子计算机的前沿，并在超导电路的量子计算方面做了开创性的工作。 ——文章发布于2019年6月3日
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