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我國(guó)學(xué)者在多能級(jí)量子相位干涉研究方面取得進(jìn)展
2021年03月18日 13:20:10 來(lái)源：化學(xué)科學(xué)部 點(diǎn)擊量：6827

實(shí)用化的量子計(jì)算將是一項(xiàng)具有歷史意義的技術(shù)。基于分子的多能級(jí)量子位(qudit)因其易于通過(guò)化學(xué)修飾，實(shí)現(xiàn)性質(zhì)調(diào)控和規(guī)模化集成的特點(diǎn)而被寄予厚望。與量子比特(即二態(tài)量子位，qubit)的研究不同，多態(tài)量子位可以存儲(chǔ)更多信息，更具有充當(dāng)復(fù)雜量子邏輯門和算法載體的能力，但其更高維的態(tài)空間為相干操控帶來(lái)了挑戰(zhàn)。富勒烯(fullerenes)及其衍生物具有優(yōu)良的量子相干性質(zhì)，可通過(guò)其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)提供可操

【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：U20A6002、21822301、51802346)等資助下，華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院蔣尚達(dá)、高松教授團(tuán)隊(duì)等利用富勒烯分子的光激發(fā)態(tài)實(shí)現(xiàn)了三態(tài)量子位相干操控。研究成果以“基于富勒烯的電子三線態(tài)分子量子位相干操控和量子相位干涉(Coherent manipulation and quantum phase interference in a fullerene-based electron triplet molecular qutrit)”為題，于2021年2月15日在《量子信息》(npj Quantum Information)上在線發(fā)表(npj Quantum Inf. 2021, 7, 32)。
 
　　實(shí)用化的量子計(jì)算將是一項(xiàng)具有歷史意義的技術(shù)。基于分子的多能級(jí)量子位(qudit)因其易于通過(guò)化學(xué)修飾，實(shí)現(xiàn)性質(zhì)調(diào)控和規(guī)模化集成的特點(diǎn)而被寄予厚望。與量子比特(即二態(tài)量子位，qubit)的研究不同，多態(tài)量子位可以存儲(chǔ)更多信息，更具有充當(dāng)復(fù)雜量子邏輯門和算法載體的能力，但其更高維的態(tài)空間為相干操控帶來(lái)了挑戰(zhàn)。富勒烯(fullerenes)及其衍生物具有優(yōu)良的量子相干性質(zhì)，可通過(guò)其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)提供可操縱的多態(tài)量子位所需要的能級(jí)分布。
 
　　該研究團(tuán)隊(duì)利用C70分子，經(jīng)由光激發(fā)和系間跨越(intersystem crossing)得到了在量子信息意義上初始化的電子自旋三線態(tài)。在此基礎(chǔ)上，使用脈沖電子順磁共振(pulsed electron paramagnetic resonance, pulsed EPR)技術(shù)，制備了基于電子自旋磁量子數(shù)的三能級(jí)疊加態(tài)，并通過(guò)量子態(tài)的斷層掃描(tomography)測(cè)定了所制備疊加態(tài)的密度矩陣。進(jìn)一步演示了在三態(tài)疊加中的兩個(gè)獨(dú)立相位因子發(fā)生的內(nèi)稟干涉現(xiàn)象，并由此指出，多態(tài)量子位在實(shí)際條件下傾向于表現(xiàn)出非公度的相位演化行為。
 
　　該項(xiàng)研究利用分子激發(fā)態(tài)首次實(shí)現(xiàn)了基于磁性分子電子自旋的多能級(jí)疊加態(tài)，揭示了其量子相位演化行為；以化學(xué)分子設(shè)計(jì)的方式給出了實(shí)現(xiàn)多能級(jí)量子位的新路線，并指出了其具有的分子工程基礎(chǔ)。
 
圖1： 利用C70分子光激發(fā)三線態(tài)進(jìn)行疊加態(tài)的制備和量子相位干涉實(shí)驗(yàn)
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