广东
近日，深圳国际量子研究院徐源研究员、俞大鹏院士团队在连续变量量子资源制备领域取得重要实验突破。该团队通过可编程参数化量子电路，在超导微波腔中成功制备了三阶压缩、四阶压缩和三次相位态等非高斯态，为连续变量量子计算和量子精密测量提供了关键资源。相关成果发表于国际光学领域高水平期刊《Optica》。
什么是“非高斯态”？为什么重要？
连续变量量子信息处理是当前量子科技的前沿方向之一。与基于量子比特的离散变量方案不同，连续变量方案利用玻色模式无限维希尔伯特空间的优势，在量子纠错、量子计量和量子模拟等领域展现出独特潜力。
然而，实现通用连续变量量子计算不仅需要高斯态（如传统压缩态），更关键的是要具备非高斯态的制备和操控能力——如高阶压缩态和三阶相位态等。这类非高斯态具有丰富的量子关联和显著的Wigner负性，是连续变量量子计算实现超越经典计算优势的核心量子资源之一。通俗地说，如果说传统压缩态是量子世界的“基本功”，那么非高斯态就是施展“高阶魔法”的必备资源。
攻克制备难题，实现高保真度
非高斯态的实验制备通常依赖于对高阶非线性相互作用的精确调控，难度较大。针对这一挑战，研究团队基于三维电路量子电动力学架构，利用超导微波腔与辅助量子比特之间的色散耦合，开发并实现了参数化光子数滤波（PNF）操作，对腔量子态进行光子数依赖的滤波操作。
通过数值优化PNF操作中的关键参数（包括位移幅度及相位、受控相位和辅助比特旋转轴），并将多个PNF操作级联，团队最终在超导微波谐振腔中成功高保真度制备了三阶压缩态、四阶压缩态和三阶相位态。
非高斯特性显著，精密测量潜力巨大
为定量考察所制备量子态的非高斯特性，研究团队测量了其Wigner对数负度。实验结果表明，随压缩阶数和压缩参数的增大，Wigner负度明显增强，与具有高斯特性的传统双光子压缩态形成鲜明对比。进一步地，通过计算量子Fisher信息，研究团队验证了该类非高斯资源在量子精密测量中的巨大潜力。
该工作第一作者为深圳国际量子研究院副研究员邓晓玮和博士研究生蔡燕燕，徐源研究员为通讯作者，俞大鹏院士为最后作者。其他作者包括副研究员倪忠初、博士研究生张礼博、研究员刘松。该研究工作得到了广东省科技厅、深圳市科创委、国家自然科学基金委、合肥国家实验室等单位的大力支持。
这一成果标志着我国在连续变量量子资源制备领域迈出了关键一步，为未来通用量子计算和超高精度量子测量奠定了重要基础。
采写：南都N视频记者 周正阳
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