KAIST实现三维簇“量子纠缠”状态

by Jeong Ilwoong

Published 25 Feb.2025 07:56(KST)

KAIST于25日表示，物理学系研究团队在Ra Youngsik教授带领下，通过实验成功实现了作为量子纠错技术核心的三维簇态量子纠缠。

（自左起）KAIST物理学系硕博连读课程学生 Yoon Youngdo、Noh Chan，教授 Ra Youngsik，硕博连读课程学生 Kwak Geunhee。KAIST提供

量子计算是一种能够高效解决传统计算机难以处理问题的量子技术。为了让量子计算机准确执行复杂运算，必须在运算过程中对产生的量子错误进行纠正。然而，此前实现量子纠缠态一直被视为极大的难题。

尤其是测量型量子计算是一种通过测量具有特殊量子纠缠结构的簇态来实现量子运算的新范式量子计算方式，其中簇态量子纠缠的制备被视为核心。为了实现通用量子计算，通常使用的是二维结构的簇态。

相反，如果要发展成能够纠正量子运算中产生的量子错误的容错量子计算，则需要更为复杂的三维结构簇态。

但在既有研究中，多数只报道了二维簇态的制备；由于三维簇态在容错量子计算中所需的量子纠缠结构极其复杂，始终未能在实验中实现。

为解决这一问题，研究团队开发出一种控制飞秒时间–频率模来实现量子纠缠的技术，并成功生成了三维结构的簇态量子纠缠。

飞秒激光是一种在极短时间内发射强光脉冲的装置。研究团队将飞秒激光入射到非线性晶体中，同时在多个频率模上产生量子光源，并以此为基础生成了三维结构的簇态量子纠缠。

Ra Youngsik教授表示：“本次研究是利用现有技术难以实现的三维簇态量子纠缠制备首次取得成功的案例，今后有望成为测量型量子计算和容错量子计算研究的重要跳板。”

此外，本研究在韩国研究财团、信息通信规划评价院以及美国空军研究所的支持下完成。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。