中國科學技術(shù)大學潘建偉院士、苑震生教授等與清華大學馬雄峰副教授、復(fù)旦大學周游副研究員合作，使用光晶格中束縛的超冷原子，通過制備二維原子陣列、產(chǎn)生原子比特糾纏對、連接糾纏對的分步擴展方式制備了多原子糾纏態(tài)，并通過顯微學技術(shù)調(diào)控和觀測了其糾纏性質(zhì)，向制備和測控大規(guī)模中性原子糾纏態(tài)邁出重要一步。這項研究成果近日發(fā)表于《物理評論快報》。

量子糾纏是量子計算的核心資源，量子計算的能力將隨糾纏比特數(shù)目的增長呈指數(shù)增長。因而，大規(guī)模糾纏態(tài)的制備、測量和相干操控是該研究領(lǐng)域的核心問題。在實現(xiàn)量子比特的眾多物理體系中，光晶格中的超冷原子比特具備良好的相干性、可擴展性和高精度的量子操控性，成為實現(xiàn)量子信息處理的理想物理體系之一。

但是，由于技術(shù)上對單原子比特操控能力仍然不足、光晶格相位漂移較大、缺乏多原子糾纏判定的有效方法，進一步連接糾纏對和測控多原子糾纏態(tài)遇到了瓶頸問題。

為解決上述問題，潘建偉、苑震生團隊研發(fā)了一種新型的等臂交叉束干涉、自旋依賴超晶格系統(tǒng)，并集成了自主研發(fā)的單格點分辨、寬波段消色差的量子氣體顯微鏡和多套用于光斑形狀編輯的數(shù)字微鏡，兼具多原子全局并行和局域單格點測控的能力，且實現(xiàn)了晶格相位長期穩(wěn)定。

在此基礎(chǔ)上，該團隊取得了填充率為99.2%的原子二維陣列的制備及原位觀測，選擇其中49對原子制備了糾纏貝爾態(tài)，平均保真度為95.6%，壽命為2.2秒。

研究人員使用糾纏門將相鄰糾纏對連接起來，制備了10原子一維糾纏鏈和8原子二維糾纏塊，首次突破了光晶格中原子糾纏對連接和多原子糾纏判定的瓶頸，為開展更大規(guī)模的光晶格量子計算和模擬打下基礎(chǔ)。