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一个光子首次被“劈裂”成三个

科技日报·2020/03/03

据物理学家组织网近日报道,加拿大滑铁卢大学量子计算研究所(IQC)的科学家报告称,他们首次将一个光子直接“劈裂”成三个光子,这一最新研究有望促进量子技术的发展。
在该研究中,IQC首席研究员克里斯·威尔逊领导的科学家团队利用量子光学领域的自发参量下转换(SPDC)方法,首次将一个光子“劈裂”成三个光子,并创造出量子光学中所说的光的非高斯态——这种状态被认为是实现量子霸权的关键因素。
上海交通大学集成量子信息技术研究中心主任金贤敏对科技日报记者解释说:“光子相对稳定,光子与光子互相之间较难发生相互作用。很多量子技术关键操作,无论是本文中提到的双光子和三光子的自发参量下转换产生,还是光量子逻辑门,都要求极端强的非线性效应作为辅助,而目前实验上比较难以实现。”
威尔逊团队使用微波光子扩展了SPDC方法的极限。在实验中,他们使用了一个超导参量谐振器,结果清楚地表明,三个光子在不同频率下具有强相关性。他们正在开展研究,证明这些光子发生了纠缠。
威尔逊说:“据了解,双光子版本成为量子研究的主要工具已有30多年历史,但双光子系统产生的纠缠类型有限,最新研究使我们超越了已有的将一个光子分为两个相互纠缠光子的能力。三光子系统将克服双光子系统的限制,有望开辟三光子量子光学新领域,鼓励进一步的理论研究和实验应用,催生使用超导单元的光量子计算机。”
“量子霸权”这一概念最早由加州理工学院理论物理学家约翰·普雷斯基尔在2011年的一次演讲中提出,也被称为“量子优越性”或“量子优势”。衡量量子计算机实现“量子霸权”的标准是:能比经典计算机更好地解决一个特定计算问题。
据悉,中国科学家曾经对“量子霸权”标准做过研究,他们利用当时世界排名第一的“天河二号”超级计算机做参考,发现要实现“量子霸权”需要实现至少50个光子的产生、操纵和探测。
金贤敏强调说:“威尔逊等的研究除了展示可以让一个光子‘劈裂’成三个光子之外,所发展的强非线性操控能力将对迈向50个光子态的‘量子霸权’提供基础性支撑。”