中科大实现超抗噪声“薛定谔猫”态

物理学界大名鼎鼎的“薛定谔猫”，从此不必再受噪声“困扰”。 5月9日，中科大发布重要科研成果，该校潘建伟院士率领的团队日前实现超抗噪声“薛定谔猫”态。这种神奇的“纠缠状态”具有天然的高容错性，能够对任意噪声免疫，可广泛应用于量子密钥共享、三人密码协议等大尺度量子网络中。

“薛定谔猫”是物理学界的一个著名假想实验，由量子力学创始人之一的奥地利物理学家薛定谔于1935年提出。试验中，一只猫被关在一个装有放射性原子和毒药的密闭性容器里。放射性原子可能衰变，也可能不衰变。如果衰变，就会触发机关打碎装有毒药的瓶子，这时猫就会被毒死。如果没有发生衰变，猫就能存活。根据日常经验，容器里的猫要么是死的，要么是活的。但在量子世界，原子可处于衰变和没有衰变的叠加状态，那么猫理应也处于奇怪的死与活的叠加状态。这只既死又活的猫，就是传说中的“薛定谔猫”。

尽管“薛定谔猫”态在宏观世界并不存在，但在微观世界中，科学家可以利用光子和原子等造出这样的“纠缠状态”，并应用到量子精密测量、容错计算等领域。然而，由于量子“消相干效应”，量子态与环境相互作用产生的各种噪声，可以使计算过程产生各种错误，这就大大限制了“薛定谔猫”态在量子计算等量子信息处理任务中的应用。原则上，人们可以利用量子纠错编码的方式来保护量子态，但这种方式会耗费大量量子资源。 2012年，奥地利物理学家提出一种级联猫态的概念，这种猫态具有对任意噪声免疫的天然优越性。

在实验中，潘建伟团队用两个光子比特编码一个逻辑比特，成功制备出一个三逻辑比特的级联猫态，并演示了编码猫态在各种噪声影响下所具有的显著优越性。

成果发表在最新一期权威学术期刊《自然·光子学》上。潘建伟院士表示，这种制备方法可扩展到任意比特数，甚至可能达到宏观级别，实现多年来的研究热点——宏观纠缠。(记者桂运安)