（記者陳彬）近日，清華大學(xué)交叉信息研究院段路明研究組首次在實(shí)驗(yàn)中借助超導(dǎo)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(yàn)證了不同“貓”態(tài)之間以及多體“貓”態(tài)和超導(dǎo)量子比特之間的量子糾纏。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。

　　1935年，物理學(xué)家薛定諤為闡述量子力學(xué)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(shù)上具有相當(dāng)?shù)碾y度，因?yàn)橛脕?lái)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(yán)重的退相干，導(dǎo)致其中的量子效應(yīng)很難被觀測(cè)到。

　　此項(xiàng)工作的理論基礎(chǔ)是段路明與其合作者提出的Duan-Kimble可擴(kuò)展光量子計(jì)算方案。該方案借助腔電動(dòng)力學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)了飛行光量子和原子之間的量子糾纏。

　　在實(shí)驗(yàn)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(dǎo)量子比特的諧振腔端口的反射過(guò)程，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)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(guò)連續(xù)反射多個(gè)相干態(tài)微波光子脈沖實(shí)現(xiàn)了多體“薛定諤貓”態(tài)的制備。

　　通過(guò)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(rèn)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(yàn)證了直到四體“貓”態(tài)中的量子糾纏。這也是實(shí)驗(yàn)中首次成功制備超過(guò)兩體的半經(jīng)典態(tài)之間的量子糾纏。

　　此外，通過(guò)重構(gòu)超導(dǎo)量子比特和多體“貓”態(tài)這個(gè)混合量子系統(tǒng)的密度矩陣，研究人員確認(rèn)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(xiàng)工作提出了一種高度可擴(kuò)展的多體“薛定諤貓”態(tài)制備方案。基于飛行微波光子的多體“貓”態(tài)在很多量子技術(shù)中有重要應(yīng)用。比如，基于多體“貓”態(tài)可以實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)的超導(dǎo)量子比特遠(yuǎn)程糾纏，使得基于微波光子的量子網(wǎng)絡(luò)和模塊化量子計(jì)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(dá)的探測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)抗噪性更高的“量子雷達(dá)”。