記者從浙江大學(xué)獲悉，該校物理學(xué)系和量子信息交叉研究中心王大偉研究員同王浩華教授聯(lián)合國內(nèi)外多個研究團(tuán)隊，首次在人工量子系統(tǒng)中合成了反對稱自旋交換作用，演示出利用手征自旋態(tài)制備量子糾纏的新方法。這項研究成果于22日發(fā)表在《自然·物理》雜志上。

“手征性是指物體和它的鏡像不能重疊。好比左右手，互為鏡面對稱，上下疊放時卻不重合。”王大偉解釋道。德國理論物理學(xué)家洪特曾提出，由于原子之間的相互作用沒有打破“左右對稱”的形態(tài)，分子的定態(tài)應(yīng)該是左手性和右手性分子的量子疊加態(tài)。然而實際情況是，左手性分子與右手性分子的量子疊加態(tài)極其不穩(wěn)定。

此項研究中，王大偉提出在超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)中合成反對稱自旋交換作用來研究手征自旋態(tài)的量子疊加和量子糾纏，通過周期性調(diào)制量子比特頻率并對不同比特采用不同的調(diào)制相位，可以在通過腔連接在一起的比特之間合成出反對稱交換相互作用。這樣不同手征態(tài)具有了不同的能量，自旋態(tài)的動力學(xué)演化體現(xiàn)出了左手性與右手性。

反對稱自旋交換作用又是如何產(chǎn)生量子糾纏的?這需要同時利用量子疊加和自旋的手征性演化。浙大物理學(xué)系博士生宋超分別將三個比特制備在1態(tài)，0和1的疊加態(tài)和0態(tài)。整體而言，三個比特處于100和110的疊加態(tài)這一非糾纏態(tài)。這兩個狀態(tài)手征性演化方向相反，會變?yōu)?10和101的疊加態(tài)。隨即翻轉(zhuǎn)第二個比特，就得到了000和111的疊加態(tài)，這就是一個典型的糾纏態(tài)。這種狀態(tài)下，研究人員測量其中一個比特的能量值，另外兩個即可確定為同一數(shù)值。

該成果將對研究量子磁性、提高多粒子糾纏態(tài)制備速度、利用手征自旋態(tài)進(jìn)行量子計算等具有積極意義。