研究人員提出普適性混合量子系統

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安徽理工大學力學與光電物理學院教授陳華俊研究團隊，提出一種以碳納米管振子為通用量子接口的混合多模量子系統。通過對系統中聲子耦合調制相位的有效調控，實現對群速度的量子操控，為實現芯片尺度上的量子信息處理提供了一個有前景的集成平臺。相關研究成果日前發表于《交叉科學》。

多模式混合量子系統模型圖。 安徽理工大學供圖

混合量子系統將完全不同的物理元件耦合在一起，既能實現單個元件無法擁有的新穎特性，又能以整個系統的綜合優勢來減輕單個系統的弱點，引起人們對該系統中量子現象研究和量子技術發展的極大關注。

“光子、原子、自旋、介觀超導、納米機械等量子單元，在量子信息處理及高精度傳感方面具有重要應用。然而在實際應用中，需要集成量子單元以減輕單個系統的弱點。因此需要設計一個通用量子接口來調諧各單元之間的交互，實現可靠地存儲、處理和信息傳輸。”陳華俊向《中國科學報》介紹。

針對該問題，鑒于金剛石空位自旋與碳納米管的卓越特性，陳華俊團隊提出以碳納米管機械振子為通用量子接口，構建一種基于金剛石空位自旋的多機械模耦合的混合量子系統。

通過對多模式混合量子系統光學特性的研究，一方面將為光場調控提供載體和媒介，為實現以光子為載體的量子信息處理提供理論基礎；另一方面，多模式混合系統的研究也將拓展基礎物理學理論，為探索多元系統中的相互作用規律、揭示其動力學機制提供理論模型與理論基礎。

陳華俊團隊通過對該系統中雙色電磁誘導透明的調控，可以實現光傳播的延遲或超前的有效控制。通過控制調制相位，能周期性地操縱雙色電磁誘導透明所產生的快光與慢光現象。

“我們提出的是一種普適的混合量子系統，系統中的二能級系統也可以用其它二能級系統所代替，如超導比特、半導體量子點、半導體缺陷、原子系統等，而碳納米管振子也可以用半導體納米線振子、懸臂振子、層狀的二維石墨烯或二硫化鉬振子所代替。” 陳華俊說，這種系統架起了溝通光學與力學領域的橋梁，將為芯片級上量子信息處理等方面的應用提供良好的集成平臺。

《交叉科學》審稿專家認為：“作者所呈現的多模混合量子系統，可實現雙色電磁誘導透明現象，進而實現對光傳輸的量子調控，在量子信息處理方面有著重要意義。”