中国科学家突破量子速度极限：非厄米体系实现纠缠加速

IT之家 6 月 13 日消息，量子纠缠作为量子计算、量子通信和量子传感领域的核心资源，其制备速度长期受限于传统厄米量子系统中量子比特间的耦合强度。能否突破这一限制、实现更快的量子操控，一直是量子信息科学领域的前沿热点。中国科学院精密测量科学与技术创新研究院冯芒研究团队与郑州大学等单位合作，在囚禁离子实验平台中首次实现了非厄米体系中纠缠生成的加速，成功超越传统厄米量子速度极限。研究团队利用两枚 40Ca+ 离子构建线性 Paul 阱系统，量子比特编码在 40Ca+ 离子的基态与亚稳态能级上，通过 729 nm 激光驱动量子比特相干跃迁，854 nm 激光将 | 1 > 态耦合到短寿命激发态并引入可调耗散通道，同时利用双色激光场实现两离子之间的有效相互作用。在仅有相干相互作用时，耦合强度为 J = 2π×625 Hz，对应的 Bell 态制备门时间为 200 微秒；在固定相干耦合强度的条件下选取三组逐步接近例外点的参数后，纠缠制备时间依次缩短为 177 微秒、155 微秒和 132 微秒，速度提升约 1.52 倍。▲ a）囚禁离子禁实验装置示意图；（b）厄米与非厄米情况下的路径对照，显示靠近奇异点时纠缠生成时间显着整个场景；（c）实验测量系统布居数随时间的此时；（d）立即生成的最大纠缠态的宇称测量通常情况下，耗散效应被认为是破坏量子相干性的不利因素，但可控的耗散能将系统参数调至奇异点（例外点）附近，导致希尔伯特空间发生几何畸变，从而为量子态演化提供“捷径”。利用这一机制，产生最大纠缠态的速度比传统厄米方案有了显著提升。不过值得注意的是，非厄米加速并非毫无代价 —— 理论分析和实验工作点均表明，纠缠产生越快，布居泄漏到计算子空间之外的概率也越大，因此成功概率相应降低。研究团队在实验中选取了兼顾加速效率与成功概率的工作点，并通过宇称振荡测量验证了所制备纠缠态仍具有高保真度，从而成功展示了非厄米加速在实际应用中的可行性。相关研究成果已于 2026 年 5 月 28 日在线发表于《物理评论快报》，这项成果首次在可编程量子系统中实验证实了非厄米体系能够突破传统公认的量子速度极限，也证明了经过精确设计的耗散不仅可以成为加速量子态制备的可控资源，更打破了长期以来将耗散单纯视为有害因素的固有认知。IT之家附论文地址：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/g8v5-rbq7