非厄米体系加速量子纠缠制备突破速度极限

量子纠缠的快速制备是量子计算与通信发展的关键瓶颈之一。长期以来，其速度受限于传统量子系统中量子比特间的耦合强度，难以突破。近日，一项实验研究成功打破了这一限制，首次在可编程量子系统中实现了超越传统量子速度极限的纠缠加速，为量子操控技术开辟了新路径。

这项突破性成果由中国科学院精密测量科学与技术创新研究院冯芒研究团队与郑州大学等单位合作完成。研究团队在囚禁离子实验平台上，通过引入可控耗散，构建非厄米量子体系，成功实现了纠缠态的加速生成。实验数据显示，在最优参数下，纠缠制备时间从传统的200微秒缩短至132微秒，速度提升约1.52倍。

实验装置与核心原理

研究团队利用两枚40Ca+离子构建了线性Paul阱系统。量子比特被编码在离子的基态与亚稳态能级上。实验的关键在于，他们不仅通过729纳米激光驱动量子比特的相干跃迁，还引入了854纳米激光，将特定量子态耦合到一个短寿命的激发态，从而创造了一个可调的耗散通道。同时，利用双色激光场实现了两个离子之间的有效相互作用。

耗散从“破坏者”到“翻跟斗”的角色转变

传统观念中，耗散是破坏量子相干性、需要极力避免的不利因素。然而，这项研究碘伏了这一认知。通过精确调控耗散强度，将系统参数调整至“奇异点”（也称例外点）附近，系统的希尔伯特空间会发生几何畸变。这种畸变恰恰为量子态的演化提供了“捷径”，使得量子纠缠的生成速度得以超越传统厄米体系下的理论极限。

实验过程清晰地展示了这一加速效应。在仅有相干相互作用时，耦合强度为J = 2π×625赫兹，对应的贝尔态制备时间为200微秒。随后，研究团队在固定相干耦合强度的条件下，选取了三组逐步接近奇异点的参数。结果显示，纠缠制备时间依次缩短为177微秒、155微秒和132微秒，加速效果显著。

加速的代价与应用平衡

值得注意的是，非厄米加速并非没有代价。理论分析与实验均表明，纠缠产生速度越快，量子态泄漏到计算子空间之外的概率也越大，这会导致操作的成功概率相应降低。因此，在实际应用中需要在加速效率与操作成功率之间寻求最佳平衡点。

研究团队在实验中正是选取了这样一个兼顾两者性能的工作点。后续通过宇称振荡测量验证，所制备的纠缠态仍保持了高保真度，这证明了非厄米加速方案在实际量子系统中的可行性。这项成果已于2026年5月28日在线发表于国际权威期刊《物理评论快报》。

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