[论文解读] Coherence of large-scale entanglement

Thomas Monz, Philipp Schindler+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2010

Quantum Mechanics and Applications被引用 5

一句话总结

本研究展示了在多达14量子比特的系统中制备Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态，发现在最多8个离子的系统中，相干性衰减与量子比特数的平方成正比。该衰减行为与一种关联的、高斯相位噪声的理论模型一致，该模型广泛适用于当前的量子计算与精密测量平台。

ABSTRACT

We report the creation of Greenberger-Horne-Zeilinger states with up to 14 qubits. By investigating the coherence of up to 8 ions over time, we observe a decay proportional to the square of the number of qubits. The observed decay agrees with a theoretical model which assumes a system affected by correlated, Gaussian phase noise. This model holds for the majority of current experimental systems developed towards quantum computation and quantum metrology.

研究动机与目标

• 研究离子阱系统中大规模纠缠态的相干性特性。
• 确定在多量子比特纠缠态中，退相干如何随量子比特数量增加而演化。
• 检验一种关于关联高斯相位噪声的理论模型是否能准确描述实验量子系统中的退相干行为。
• 评估在现实噪声条件下，大规模纠缠在量子计算与精密测量中的可行性。

提出的方法

• 利用离子阱制备最多14量子比特的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态。
• 在最多8个离子的系统中监测相干性随时间的演化，以测量退相干动力学。
• 将实验测得的衰减数据拟合至假设存在关联高斯相位噪声的理论模型。
• 将观测到的衰减速率与噪声模型的预测值进行比较，以验证其适用性。

实验结果

研究问题

• RQ1 随着量子比特数量的增加，大规模纠缠态的相干性如何衰减？
• RQ2 关联的高斯相位噪声在多大程度上能够解释离子阱系统中观测到的退相干行为？
• RQ3 在多量子比特纠缠态中，衰减速率是否与量子比特数量的平方成正比？
• RQ4 高斯相位噪声模型是否能准确描述当前实验量子平台中的退相干行为？

主要发现

• 最多8个离子的GHZ态的相干性衰减与量子比特数的平方成正比。
• 观测到的衰减速率与基于关联高斯相位噪声的理论模型预测结果一致。
• 该模型能够准确描述当前大多数量子计算与量子精密测量实验系统中的退相干行为。
• 结果证实，在现实噪声条件下，大规模纠缠仍能保持相干性，支持其在量子技术中的应用。