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在光学晶格中冷却和纠缠超冷原子。

Cooling and entangling ultracold atoms in optical lattices.

作者信息

Yang Bing, Sun Hui, Huang Chun-Jiong, Wang Han-Yi, Deng Youjin, Dai Han-Ning, Yuan Zhen-Sheng, Pan Jian-Wei

机构信息

Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale and Department of Modern Physics, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China.

Physikalisches Institut, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, 69120 Heidelberg, Germany.

出版信息

Science. 2020 Jul 31;369(6503):550-553. doi: 10.1126/science.aaz6801. Epub 2020 Jun 18.

DOI:10.1126/science.aaz6801
PMID:32554628
Abstract

Scalable, coherent many-body systems can enable the realization of previously unexplored quantum phases and have the potential to exponentially speed up information processing. Thermal fluctuations are negligible and quantum effects govern the behavior of such systems with extremely low temperature. We report the cooling of a quantum simulator with 10,000 atoms and mass production of high-fidelity entangled pairs. In a two-dimensional plane, we cool Mott insulator samples by immersing them into removable superfluid reservoirs, achieving an entropy per particle of [Formula: see text] The atoms are then rearranged into a two-dimensional lattice free of defects. We further demonstrate a two-qubit gate with a fidelity of 0.993 ± 0.001 for entangling 1250 atom pairs. Our results offer a setting for exploring low-energy many-body phases and may enable the creation of large-scale entanglement.

摘要

可扩展的、相干的多体系统能够实现此前未被探索的量子相,并有潜力极大地加速信息处理。热涨落可忽略不计,且量子效应在极低温下支配此类系统的行为。我们报告了对一个包含10000个原子的量子模拟器的冷却以及高保真纠缠对的批量制备。在二维平面中,我们通过将莫特绝缘体样品浸入可移除的超流体储库中来冷却它们,实现了每个粒子的熵为[公式:见原文]。然后将原子重新排列成无缺陷的二维晶格。我们进一步展示了一个保真度为0.993±0.001的双量子比特门,用于纠缠1250对原子。我们的结果为探索低能多体相提供了一个平台,并可能实现大规模纠缠的创建。

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