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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：6811
實用化的量子計算將是一項具有歷史意義的技術。基于分子的多能級量子位(qudit)因其易于通過化學修飾，實現性質調控和規模化集成的特點而被寄予厚望。與量子比特(即二態量子位，qubit)的研究不同，多態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，但其更高維的態空間為相干操控帶來了挑戰。富勒烯(fullerenes)及其衍生物具有優良的量子相干性質，可通過其獨特的分子結構提供可操
【化工儀器網 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態實現了三態量子位相干操控。研究成果以“基于富勒烯的電子三線態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。基于分子的多能級量子位(qudit)因其易于通過化學修飾，實現性質調控和規模化集成的特點而被寄予厚望。與量子比特(即二態量子位，qubit)的研究不同，多態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，但其更高維的態空間為相干操控帶來了挑戰。富勒烯(fullerenes)及其衍生物具有優良的量子相干性質，可通過其獨特的分子結構提供可操縱的多態量子位所需要的能級分布。
該研究團隊利用C70分子，經由光激發和系間跨越(intersystem crossing)得到了在量子信息意義上初始化的電子自旋三線態。在此基礎上，使用脈沖電子順磁共振(pulsed electron paramagnetic resonance, pulsed EPR)技術，制備了基于電子自旋磁量子數的三能級疊加態，并通過量子態的斷層掃描(tomography)測定了所制備疊加態的密度矩陣。進一步演示了在三態疊加中的兩個獨立相位因子發生的內稟干涉現象，并由此指出，多態量子位在實際條件下傾向于表現出非公度的相位演化行為。
該項研究利用分子激發態首次實現了基于磁性分子電子自旋的多能級疊加態，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分子光激發三線態進行疊加態的制備和量子相位干涉實驗
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