交叉信息院量子信息中心金奇奂副教授带领的离子量子计算研究小组新近在囚禁离子系统中成功实现9声子NOON态制备。研究论文《囚禁离子的径向振动模式中9声子NOON态的制备》于10月18日发表在《物理评论快报》杂志上。

NOON态是N个全同玻色子的一种最大纠缠态，可达到相位估计的海森堡极限（相位不确定度反比于粒子数，而非粒子数的平方根），在量子精密测量等领域有重要应用。

金奇奂实验组提出了一种基于Jaynes-Cummings相互作用的确定性制备声子任意NOON态的方案。此前对于NOON态的制备，在光子系统中仅有概率性的方案，而在声子系统中仅有不可扩展的方案。

图1 N=3的NOON态制备序列。在由自旋、X和Y振动模式构成的三维希尔伯特空间中，上层与下层分别代表和，X和Y轴分别代表X和Y振动模式。红箭头表示载波跃迁，蓝箭头表示蓝边带跃迁，绿箭头表示复合脉冲操作。箭头上的数字表示操作顺序。

金奇奂实验组在实验上实现了N=1~9的NOON态的制备，并创新性的利用不同声子模式间的干涉操作检验了态制备的保真度，同时在实验上测量了所制备的NOON态的相位估计不确定度，确认超过经典极限，达到海森堡极限。

图2 生成的N=1-9的NOON态奇偶震荡。(a) 蓝色的点是实验数据，红线是拟合曲线。(b) N=7，相位为0的NOON态输出模式的蓝边带时间演化及其拟合曲线。(c) 相对应的声子分布。

该方案还可以很方便的移植到腔量子电动力学系统或光机械系统中。

论文通讯作者为金奇奂副教授、已毕业博士生张君华和在读博士生严马可，共同第一作者为交叉信息院的已毕业博士生张君华和在读博士生严马可。本实验由博士研究生张君华、严马可、吕定顺共同完成，其中严马可为韩国籍留学生。段路明教授提供实验的理论支持。此项研究工作得到国家重点基础研究发展计划和国家自然科学基金支持。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.121.160502