記者從中國科學技術大學獲悉，該校杜江峰院士團隊與合作者合作，首次制備了單原子和單分子之間的量子糾纏態(tài)，并且通過定量表征手段，確定產(chǎn)生的量子糾纏超過臨界閾值。研究成果日前在線發(fā)表在《自然》上。

目前有多種體系可用于探索實現(xiàn)量子傳感和量子信息處理。其中，分子作為多個原子組成的系統(tǒng)，原子集團可以轉(zhuǎn)動和發(fā)生振動，由此帶來獨特的屬性。因此分子可以處于能量跨度相當大的不同量子狀態(tài)，狀態(tài)之間能量差別所對應的頻率可以從接近零一直到達數(shù)百THz(每秒百萬億次)的光學頻率，因此分子可以作為媒介，用于匹配和溝通頻率迥異的不同量子系統(tǒng)，實現(xiàn)復合的量子體系和信息處理平臺。另外，極性分子之間可以產(chǎn)生長程的相互作用，有利于實現(xiàn)新型的量子信息處理平臺，這樣的關聯(lián)屬性在量子計算和一些量子精密測量中有重要應用。

研究人員通過在離子阱體系束縛帶電的鈣原子和氫化鈣分子，使用激光調(diào)控制備出他們之間的糾纏態(tài)。當鈣離子的電子軌道狀態(tài)處于基態(tài)，分子的轉(zhuǎn)動也在低轉(zhuǎn)動能量狀態(tài)的一種整體狀態(tài);同時可以“疊加”截然不同的另一種整體態(tài)——前者處于軌道的激發(fā)態(tài)，對應分子處于高轉(zhuǎn)動能量的狀態(tài)。相反的激發(fā)配對也可以制備。基態(tài)和激發(fā)態(tài)可以存儲量子信息，類似二進制的“0”和“1”，即量子比特。最后，通過觀察不同情況下原子和分子協(xié)同的狀態(tài)關聯(lián)，可以整合所有信息成一個范圍在0到1之間的值，超過0.5的閾值即表示糾纏態(tài)的出現(xiàn)。實驗中測得的數(shù)值在誤差范圍內(nèi)遠高出這個閾值，表明糾纏態(tài)的產(chǎn)生。

這項成果對于未來考慮使用分子進行量子信息處理有重要推動作用。