中国科大首次实现对量子系统的环境调控

伤我心太深

记者今天从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋研究组与国外研究组合作，首次实现了对开放量子系统的环境调控，观察到了开放系统的马尔科夫过程到非马尔科夫过程的突变现象。研究成果发表在12月3日出版的《自然·物理》上。100多年前，俄国数学家马尔科夫研究发现，系统的信息单向流入环境中，就像小河里的水流入大海一样，一去不复返，这就是开放系统的马尔科夫过程。但随着实验技术的不断提高，人们在越来越多的体系中发现，有些情况下流入环境中的信息可以部分、甚至全部流回到系统中。这类过程被称为非马尔科夫过程。
具有马尔科夫特性的环境会破坏量子系统特有的相干性，但如果环境是非马尔科夫的，就能将信息返还量子系统，然而人们很难实现对它的调控。
李传锋研究组首次实现了对开放量子系统环境的这种调控。他们制备出高纯度的纠缠光子对，将其中一个光子的偏振比特作为量子系统，把该光子的频率作为环境，通过石英片使量子系统与环境相互作用，实现系统在环境中的演化。他们创造性地在光路中加入特制的光学元件法布里—玻罗腔。通过改变法布里—玻罗腔的转动角度，利用另外一个光子做辅助探测，观察到了开放系统动力学演化的突变现象：转动到某个角度，环境的马尔科夫性突然消失，变成非马尔科夫环境；继续转动到另一个角度时，环境的非马尔科夫性又突然消失，变成马尔科夫环境。
该成果对噪声环境中量子纠缠态的调控、量子计算、量子存储等研究具有重要意义，并开创了非马尔科夫过程定量研究的先河。（记者 吴长锋）