光量子逻辑门概念图。华中科技大学供图
本报讯（记者陈彬）近日，《自然—通讯》在线发表了华中科技大学物理学院引力中心教授李霖课题组的研究成果。该工作首次将里德堡单光子源的纯度和全同度同时提升至99.9%以上，并利用该单光子源实现了国际上最高保真度的光量子逻辑门。该研究成果有望为光量子信息处理和分布式光量子系统等重要量子应用开辟新的前景。
李霖课题组利用里德堡原子之间的相互作用实现了超级原子量子态的高精度激发与操控，并基于此制备了纯度达99.95%和全同度达99.94%的高质量单光子源。课题组还进行了重要的单光子源应用研究——光量子逻辑门。量子逻辑门是量子计算等重要应用的核心单元，其保真度直接影响量子系统的可扩展性。
在本研究中，课题组利用高质量的里德堡单光子源展示了近乎完美的双光子量子干涉，将其应用到基于KLM方案的光量子逻辑门实验中，成功将真值表保真度提高到了99.84%。利用该高保真度的光量子逻辑门，课题组进一步展示了在两个无关联的单光子之间建立量子纠缠，并通过量子层析及贝尔不等式等方式进行了量子纠缠测量，其纠缠门保真度达到了99.69%。相比于之前的同类实验结果，本项研究将光量子逻辑门的误差（失真度）降低了一个数量级以上。
该研究将助力于全光量子信息处理的发展，其中高质量单光子源及高保真度量子逻辑门可用于制备簇态等重要的多光子纠缠态，并以此构建具有容错功能的光量子计算系统。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-32083-9
