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我國學者在多能級量子相位干涉研究方面取得進展
2021年03月18日 13:20:10
來源：化學科學部 點擊量：6805
實用化的量子計算將是一項具有歷史意義的技術(shù)。基于分子的多能級量子位(qudit)因其易于通過化學修飾，實現(xiàn)性質(zhì)調(diào)控和規(guī)模化集成的特點而被寄予厚望。與量子比特(即二態(tài)量子位，qubit)的研究不同，多態(tài)量子位可以存儲更多信息，更具有充當復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)，可通過其獨特的分子結(jié)構(gòu)提供可操
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】在國家自然科學基金項目(批準號：U20A6002、21822301、51802346)等資助下，華南理工大學化學與化工學院蔣尚達、高松教授團隊等利用富勒烯分子的光激發(fā)態(tài)實現(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)。 
實用化的量子計算將是一項具有歷史意義的技術(shù)?；诜肿拥亩嗄芗壛孔游?qudit)因其易于通過化學修飾，實現(xiàn)性質(zhì)調(diào)控和規(guī)?；傻奶攸c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)量子位可以存儲更多信息，更具有充當復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)，可通過其獨特的分子結(jié)構(gòu)提供可操縱的多態(tài)量子位所需要的能級分布。
該研究團隊利用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)的三能級疊加態(tài)，并通過量子態(tài)的斷層掃描(tomography)測定了所制備疊加態(tài)的密度矩陣。進一步演示了在三態(tài)疊加中的兩個獨立相位因子發(fā)生的內(nèi)稟干涉現(xiàn)象，并由此指出，多態(tài)量子位在實際條件下傾向于表現(xiàn)出非公度的相位演化行為。
該項研究利用分子激發(fā)態(tài)首次實現(xiàn)了基于磁性分子電子自旋的多能級疊加態(tài)，揭示了其量子相位演化行為；以化學分子設計的方式給出了實現(xiàn)多能級量子位的新路線，并指出了其具有的分子工程基礎。
圖1： 利用C70分子光激發(fā)三線態(tài)進行疊加態(tài)的制備和量子相位干涉實驗
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