冷原子研究取得突破-确定性制备近千个原子纠缠态

　　量子纠缠态在量子信息、量子计算与精密测量等前沿科学问题中具有重大意义，它们的制备是量子物理的重要研究方向。根据量子力学的基本原理，干涉结果可以由每个粒子沿不同路径或内态的振幅相干叠加而得到。基于这种波动性质的干涉仪广泛应用于各式各样的精密测量物理系统中，增加干涉仪中使用的粒子/光子数可以提高干涉仪的信噪比。利用粒子之间的量子关联，可以实现超越经典极限的测量精度，这样的纠缠态目前已经在多种体系中实现。最好的指标是在冷原子系统中获得的，其对应的粒子数N可以达到甚至超过百万。而所谓的最大纠缠态NOON态和Dicke态可以实现接近海森堡极限的测量精度，但目前这种量子态只在离子、光子和核自旋体系上有成功的实验报道，最多对应了10个左右的粒子。

　　近期，国家重大科学研究计划量子调控研究项目“冷原子与偶极量子气体的性质与调控”清华大学尤力研究组取得了重大进展，成功制备了量子纠缠的双数态(Twin-Fock)原子玻色凝聚体(BEC)。这是一种原子在两个模式上具有同等粒子数的多体纠缠Dicke态。目前，该实验平台能在每40秒内确定性地制备一个由约10000个粒子组成的多体纠缠态，从非纠缠的初态到双数态凝聚体的转换效率高达96±2%。该项研究首次验证了量子相变可以作为制备多体量子纠缠态的有效手段，研究论文于2017年2月10日发表于《Science》杂志上。