楊 名

(安徽大學(xué) 物理與材料科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230601)

多粒子糾纏態(tài)是量子信息處理過(guò)程中的重要物理資源，且多粒子糾纏態(tài)的規(guī)模(糾纏粒子數(shù))越大，其在量子通信和量子計(jì)算中所體現(xiàn)出來(lái)的量子優(yōu)越性越明顯.故此，如何制備大規(guī)模糾纏態(tài)是目前量子信息領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題.

由于現(xiàn)有技術(shù)水平的限制，目前能夠在實(shí)驗(yàn)上制備得到的多粒子糾纏態(tài)的規(guī)模有限，尚不能滿足其在量子通信和量子計(jì)算中的應(yīng)用要求.于是，研究人員在現(xiàn)有多粒子糾纏態(tài)制備技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了多粒子糾纏態(tài)的擴(kuò)展和融合技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模糾纏態(tài)的有效制備.

基于多粒子糾纏結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，可將多粒子糾纏態(tài)分為不等價(jià)的幾類，不同類的多粒子糾纏態(tài)間不可通過(guò)經(jīng)典通信和局域操作實(shí)現(xiàn)確定性轉(zhuǎn)換.W態(tài)和GHZ態(tài)是多粒子糾纏態(tài)中的兩個(gè)典型的非等價(jià)類，二者在不同的量子信息處理過(guò)程中發(fā)揮重要作用.

該專欄文章對(duì)基于擴(kuò)展和融合技術(shù)的大規(guī)模W態(tài)和GHZ態(tài)的制備研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在總結(jié)現(xiàn)有方案的優(yōu)點(diǎn)和不足，并通過(guò)分析給出解決現(xiàn)有方案存在問(wèn)題的可能方法及后續(xù)研究方向，為大規(guī)模糾纏態(tài)制備的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)提供理論參考.

該專欄共包含4篇綜述文章，分別對(duì)無(wú)粒子損失的量子態(tài)融合機(jī)制、確定性量子態(tài)擴(kuò)展機(jī)制、基于原子系統(tǒng)的量子態(tài)融合機(jī)制以及基于光學(xué)系統(tǒng)的量子態(tài)融合機(jī)制等分支進(jìn)行文獻(xiàn)梳理，系統(tǒng)介紹各分支的基本原理和最新的研究進(jìn)展，并通過(guò)分析提出每個(gè)分支的后續(xù)可能研究方向.希望該專欄可為該領(lǐng)域的科研工作者提供最新的研究進(jìn)展，尤其是為準(zhǔn)備進(jìn)入該領(lǐng)域的科研工作者提供系統(tǒng)的前期研究背景知識(shí).

現(xiàn)有的量子態(tài)融合機(jī)制會(huì)由于量子測(cè)量不可避免地?fù)p失參與融合的糾纏粒子，造成融合效率的降低，為提高融合過(guò)程的效率，科研人員提出了無(wú)粒子損失的量子態(tài)融合機(jī)制.楊名等的論文“無(wú)粒子損失的W態(tài)融合研究綜述”就無(wú)粒子損失的量子態(tài)融合機(jī)制的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，包括無(wú)粒子損失的量子態(tài)融合機(jī)制的物理原理和最新的物理實(shí)現(xiàn)方案.通過(guò)對(duì)比分析，該文給出了該分支的后續(xù)可能研究方向.

現(xiàn)有的W態(tài)擴(kuò)展機(jī)制均只能概率性實(shí)現(xiàn)，為提高擴(kuò)展的效率，科研人員提出了W態(tài)的確定性擴(kuò)展機(jī)制.臧學(xué)平等的論文“基于擴(kuò)展技術(shù)的大規(guī)模糾纏W態(tài)制備研究綜述”簡(jiǎn)要介紹了現(xiàn)有的W態(tài)概率擴(kuò)展機(jī)制的物理原理，重點(diǎn)對(duì)W態(tài)的確定性擴(kuò)展機(jī)制的最新研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，包括W態(tài)確定性擴(kuò)展機(jī)制的物理原理和最新的物理實(shí)現(xiàn)方案.通過(guò)對(duì)比分析，該文給出了該分支的后續(xù)可能研究方向.

原子系統(tǒng)被認(rèn)為是最具前景的量子硬件系統(tǒng)之一，因此在原子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模糾纏態(tài)的制備尤為重要.但處于激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射會(huì)降低融合方案的保真度，為了有效抑制原子的自發(fā)輻射，可利用Λ 型3能級(jí)原子的2個(gè)基態(tài)編碼量子信息.計(jì)彥強(qiáng)等的論文“基于Λ型原子的糾纏態(tài)融合研究綜述”對(duì)基于腔輔助和Rydberg原子反封鎖效應(yīng)的Λ 型3能級(jí)原子W態(tài)和GHZ態(tài)融合機(jī)制與最新研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并通過(guò)對(duì)比分析，給出了該分支的后續(xù)可能研究方向.

光學(xué)系統(tǒng)被認(rèn)為是量子通信的最佳物理系統(tǒng)，因此大規(guī)模光子糾纏態(tài)的制備研究對(duì)于量子通信具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值.雖然最早的量子態(tài)融合方案是基于光學(xué)系統(tǒng)提出的，但其融合效率較低，為提高光學(xué)系統(tǒng)W態(tài)的融合效率，基于弱交叉克爾非線性及量子點(diǎn)-微腔耦合系統(tǒng)科研人員提出了高效的W態(tài)融合方案.韓雪等的論文“基于線性光學(xué)系統(tǒng)的 W態(tài)融合研究進(jìn)展”對(duì)基于弱交叉克爾非線性及量子點(diǎn)-微腔耦合系統(tǒng)的光子和電子自旋W態(tài)融合機(jī)制及最新研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并通過(guò)對(duì)比分析，給出了該分支的后續(xù)可能研究方向.