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[NSR Review] 郭光灿——量子调控的新时代

已有 4113 次阅读 2014-3-26 11:08 |个人分类:国家科学评论|系统分类:论文交流| 量子调控

A new epoch of quantum manipulation

http://nsr.oxfordjournals.org/content/1/1/91.abstract Hot!

由中国科学技术大学郭光灿院士作为通讯作者撰写的综述文章 A new epoch of quantum manipulation（译名：量子调控的新时代）已在National Science Review（NSR）2014年3月份的创刊号上发表。该文介绍了量子调控的概念，意义以及实验方法，并重点回顾了2012年诺贝尔物理学奖的两位获奖者在量子调控方面所做的工作，同时介绍了国内量子调控领域的新进展。

量子叠加原理是量子世界不确定性的根源，它允许一个量子系统同时处于两个不同的状态上，如同一只既“死”又“活”的猫，这是与我们在经典世界中的经验相违背的。但是当我们试图对叠加态进行测量时，测量工具的引入会使叠加态发生塌缩，从而只能概率性的测得其中的某一个经典态。另一方面，量子系统的叠加性赋予了量子计算机强大的计算能力，利用Shor算法，量子计算机可以轻松破解目前广为运用的RSA公钥加密系统。但量子态在环境的影响下很容易失去它的相干特性，因此克服环境带来的消相干是实现量子计算的前提。总的来看，想要实现对量子系统的调控，首先必须保证它的相干性可以长时间维持，这就需要制备出独立于环境的足够纯净的量子系统，2012年的诺贝尔物理学奖正是颁给了在光子和离子调控领域做出突出贡献的两位科学家。

这篇综述回顾了2012年诺贝尔物理学奖获得者David Wineland及他的团队的工作。详细阐述了他们如何使用“边带冷却”技术突破传统“多普勒冷却”的极限，并成功的在电磁势阱中囚禁住单个离子。利用此平台，Wineland等人实现了超高精度的光学原子钟，也成功的做出了单离子的量子操作门，并展示了平台的可扩展性，在实验上证明了离子系统有望实现实际的量子计算。在对另一位诺贝尔获奖人Serge Haroche所做工作的介绍中，综述详细阐明了他们如何在实验上使用高Q值的微波微腔长时间的囚禁住光子。利用微腔中的光子与里德堡原子的强相互作用，结合“非破坏性量子测量”，Haroche等人成功的直接在实验上观察到消相干，量子跳跃等物理过程，从而让人们对量子力学有了进一步的认识。最后，文章介绍了国内外量子调控领域的最新成果。在结尾，综述对量子调控重要意义进行了总结，并对展望了其未来可能的应用。

先进的实验技术，使得人们可以排除环境带来的消相干，首次研究一个独立的量子系统，这有助于人们进一步探索量子力学的本质。而只有当我们对量子世界有了更深入的了解，才有可能发展新技术，从而更好地研究微观世界。目前，如何长时间保持更多粒子的相干性并对其进行调控仍然是一个艰巨的课题，一个可能的途径是在将量子系统集成在芯片上，这有望成为未来实现量子计算机的基础。