科学家实现对任意噪声免疫的薛定谔猫态

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科技日报合肥5月10日电 （记者吴长锋）中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陈宇翱、刘乃乐等组采用光子级联编码的方式实现对于任意噪声都具有高容错率的薛定谔猫态，朝着实现大尺度量子网络乃至宏观纠缠态迈出重要一步。该研究成果发表在最新出版的国际权威学术期刊《自然—光子学》上。

“薛定谔猫”是奥地利物理学家、量子力学创始人之一埃尔温·薛定谔于1935年提出的一个假想实验，即在特殊的设定环境下，猫的生死状态取决于探测结果，未探测时处于“纠缠状态”。由于量子态与环境相互耦合会发生退相干现象，随着制备薛定谔猫态的粒子数目增多，纠缠品质会呈指数下降，大大限制了薛定谔猫态在量子计算、量子精密测量等量子信息处理任务中的应用。2012年，奥地利物理学家提出了一种级联猫态的概念。在该方案中通过将普通猫态作为一个编码逻辑单元，采用级联编码的方式组合起来，可以达到有效抵抗退相干作用的目的。相对于在以往实验中实现的普通薛定谔猫态而言，这种级联猫态具有对任意噪声免疫的天然优越性。

潘建伟小组发展了一套可扩展的编码方式，用两个光子比特编码一个逻辑比特，制备了一个三逻辑比特的级联猫态，通过实验观察级联猫态与普通猫态在不同噪声影响下各自的纠缠演化特性，演示了编码猫态在噪声影响下具有的显著优越性。由于其天然的高容错性，级联猫态可被广泛应用于大尺度的量子网络中，如三人密码协议、量子密钥共享等。同时，这种制备级联猫态的方法可扩展到任意比特数，甚至可能达到宏观级别，实现多年来的研究热点——宏观纠缠。