一個光子首次被“劈裂”成三個——有望開闢三光子量子光學新領域_風聞

來源：科學網   科技日報   作者：劉霞   時間：2020/3/3

原文網址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/3/436538.shtm

科技日報3月2日電 （記者劉霞）據物理學家組織網近日報道，加拿大滑鐵盧大學量子計算研究所（IQC）的科學家報告稱，他們首次將一個光子直接“劈裂”成三個光子，這一最新研究有望促進量子技術的發展。

在該研究中，IQC首席研究員克里斯·威爾遜領導的科學家團隊利用量子光學領域的自發參量下轉換（SPDC）方法，首次將一個光子“劈裂”成三個光子，並創造出量子光學中所説的光的非高斯態——這種狀態被認為是實現量子霸權的關鍵因素。

上海交通大學集成量子信息技術研究中心主任金賢敏對科技日報記者解釋説：“光子相對穩定，光子與光子互相之間較難發生相互作用。很多量子技術關鍵操作，無論是本文中提到的雙光子和三光子的自發參量下轉換產生，還是光量子邏輯門，都要求極端強的非線性效應作為輔助，而目前實驗上比較難以實現。”

威爾遜團隊使用微波光子擴展了SPDC方法的極限。在實驗中，他們使用了一個超導參量諧振器，結果清楚地表明，三個光子在不同頻率下具有強相關性。他們正在開展研究，證明這些光子發生了糾纏。

威爾遜説：“據瞭解，雙光子版本成為量子研究的主要工具已有30多年曆史，但雙光子系統產生的糾纏類型有限，最新研究使我們超越了已有的將一個光子分為兩個相互糾纏光子的能力。三光子系統將克服雙光子系統的限制，有望開闢三光子量子光學新領域，鼓勵進一步的理論研究和實驗應用，催生使用超導單元的光量子計算機。”

“量子霸權”這一概念最早由加州理工學院理論物理學家約翰·普雷斯基爾在2011年的一次演講中提出，也被稱為“量子優越性”或“量子優勢”。衡量量子計算機實現“量子霸權”的標準是：能比經典計算機更好地解決一個特定計算問題。

據悉，中國科學家曾經對“量子霸權”標準做過研究，他們利用當時世界排名第一的“天河二號”超級計算機做參考，發現要實現“量子霸權”需要實現至少50個光子的產生、操縱和探測。

金賢敏強調説：“威爾遜等的研究除了展示可以讓一個光子‘劈裂’成三個光子之外，所發展的強非線性操控能力將對邁向50個光子態的‘量子霸權’提供基礎性支撐。”