（記者陳彬）近日，清華大學交叉信息研究院段路明研究組首次在實驗中借助超導量子電路，成功制備出相干態(tài)飛行微波光子的多體“薛定諤貓”態(tài)，并驗證了不同“貓”態(tài)之間以及多體“貓”態(tài)和超導量子比特之間的量子糾纏。相關成果發(fā)表于《科學進展》。

　　1935年，物理學家薛定諤為闡述量子力學中的悖論，提出了著名的“薛定諤的貓”。但如果房間中有不止一只貓呢？制備多體“薛定諤的貓”在技術上具有相當?shù)碾y度，因為用來模擬“貓”的生死的經(jīng)典態(tài)一般處在高維度的希爾伯特空間中，往往存在嚴重的退相干，導致其中的量子效應很難被觀測到。

　　此項工作的理論基礎是段路明與其合作者提出的Duan-Kimble可擴展光量子計算方案。該方案借助腔電動力學體系，實現(xiàn)了飛行光量子和原子之間的量子糾纏。

　　在實驗中，研究人員利用相位相反的相干態(tài)飛行微波光子模擬貓的“生”和“死”，借助飛行微波光子在包含超導量子比特的諧振腔端口的反射過程，實現(xiàn)超導量子比特和相干態(tài)微波光子的量子糾纏，即“薛定諤貓”態(tài)的制備；通過連續(xù)反射多個相干態(tài)微波光子脈沖實現(xiàn)了多體“薛定諤貓”態(tài)的制備。

　　通過在高維度的希爾伯特空間中，利用量子態(tài)層析方法重構(gòu)飛行微波光子的量子態(tài)，研究人員確認了直到四體“貓”態(tài)的成功制備，并從多體飛行微波光子態(tài)的密度矩陣出發(fā)，利用可局域量子糾纏的方法驗證了直到四體“貓”態(tài)中的量子糾纏。這也是實驗中首次成功制備超過兩體的半經(jīng)典態(tài)之間的量子糾纏。

　　此外，通過重構(gòu)超導量子比特和多體“貓”態(tài)這個混合量子系統(tǒng)的密度矩陣，研究人員確認了這兩種本質(zhì)上截然不同的量子態(tài)之間的量子糾纏。

　　這項工作提出了一種高度可擴展的多體“薛定諤貓”態(tài)制備方案?；陲w行微波光子的多體“貓”態(tài)在很多量子技術中有重要應用。比如，基于多體“貓”態(tài)可以實現(xiàn)容錯的超導量子比特遠程糾纏，使得基于微波光子的量子網(wǎng)絡和模塊化量子計算成為可能；利用多體“貓”態(tài)之中的量子糾纏可能提高雷達的探測精度，實現(xiàn)抗噪性更高的“量子雷達”。