利用囚禁Th-229离子的直接核级量子比特:实现纠缠与通用量子信息处理的平台

钍-229的低能同核异能态跃迁为核物理与原子物理提供了独特的交汇界面,这种对环境退相干具有显著抗扰性的特性使其成为量子技术的理想载体。尽管早期实验聚焦于固态晶体中的原子核系统,但最近问世的148.4纳米连续波真空紫外激光器首次实现了对单个囚禁Th-229离子的直接相干操控。基于这一突破,该研究团队提出了利用囚禁Th-229³⁺离子作为高保真核能级量子比特的理论框架,在此框架中,量子态制备、单量子比特操控以及基于核能级的纠缠操作均可高效实现。研究人员通过优化设计的红失谐与蓝失谐激光边带脉冲,解析了基于声子耦合机制的双离子核同质异能态纠缠产生方案。基于实际实验参数的分析表明,借助原子核固有的长退相干时间特性,该方案可实现高保真度量子纠缠。这些成果为发展核基量子信息处理器提供了切实可行的技术路线,并预示着核能级纠缠量子比特有望为精密测量学开辟新疆界。

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