量子信息科学是20世纪末发展起来的量子力学与信息科学相结合的新兴交叉学科。基于相关的量子特性,量子信息科学提出了许多经典信息学无法实现的量子通信和量子计算方案,比如:绝对安全的量子密码术,量子隐性传态,大数因子分解方案等。量子纠缠作为量子力学的重要特征之一是执行各种量子信息处理的关键资源。近年来,量子纠缠方面的相关理论和实验研究已经成为了量子物理和信息科学的焦点问题。然而,量子系统中的退相干效应一直是制约量子纠缠以及相应的量子信息方案实现的瓶颈性问题。因此,在适当的量子系统中实现稳定的量子纠缠是量子信息学中的重要研究课题。目前,实现纠缠态的量子系统主要包括:腔量子电动力学(腔QED)、囚禁离子、电子或自旋共振、半导体量子点以及超导量子干涉等系统。其中,腔QED系统在抑制系统退相干和实现腔量子网络方面有着其它系统无法比拟的优点,它被认为是最有前途的量子系统之一。
正是基于此,武汉光电国家实验室基础光子学研究团队的吴颖教授研究组提出了一种替代方案实现 N 量子比特的氮空位中心分布在不同的光子晶体纳腔的GHZ 态纠缠,该方案的实现是基于光子的输入和输出过程。通过光子进出腔来产生额外的相移,从而产生 GHZ 态的纠缠。不同的极化光子对于腔中的不同自旋态产生不同的相移。我们的计算也表明即使腔的衰减很严重,该方法也能很好的实现 GHZ 态。另一方面,大的腔衰减也保证了光子的有效溢出。
该项研究成果发表在Optics Express (Vol. 20, Issue 15, pp. 16902-16912, 2012)上。相关研究得到了国家自然科学基金(No. 91021011),973计划(No. 2012CB922103)和博士点基金(No. 20100142120081)的资助。
(责任编辑:陈智敏)