記者9日從中國科學技術大學獲悉，該校彭新華研究組和華中科技大學呂新友教授合作，通過引入反壓縮操作，借助于高精度的量子控制技術，首次成功地在核磁共振量子模擬器上實現(xiàn)了超越No-go定理的平衡態(tài)超輻射相變，推動了量子相變理論和量子模擬領域的發(fā)展，為量子精密測量提供了新的途徑。相關研究成果日前在線發(fā)表于國際學術期刊《自然·通訊》上。

平衡態(tài)的超輻射相變自從上世紀70年代初被理論預言以來，一直是統(tǒng)計物理和電動力學重要的研究課題，而且為量子信息科學提供了關鍵的量子資源。然而平衡態(tài)的超輻射相變始終沒有在真實的腔QED系統(tǒng)上觀測到。這當中最為關鍵的是，腔QED系統(tǒng)中自然存在的矢勢平方項使得相變點落在了物理上無法達到的參數(shù)區(qū)域內——即所謂的No-go定理，因此平衡態(tài)超輻射相變的實驗研究極具挑戰(zhàn)性。

研究組實驗上利用了絕熱量子控制的方法將量子模擬體系制備到腔QED系統(tǒng)哈密頓量對應的基態(tài)，且基于精密的量子控制技術實現(xiàn)了關鍵的反壓縮操作，然后通過測量序參量的變化觀察到了超輻射相變的恢復。此外實驗還通過量子態(tài)層析技術，展示了伴隨著進入超輻射相，系統(tǒng)被制備到了高度糾纏的壓縮薛定諤貓態(tài)上。

研究結果表明，壓縮/反壓縮操作能夠有效調控量子相變點，即使在矢勢平方項存在的情況下也能恢復平衡態(tài)的超輻射相變。這不僅打破了No-go定理對相關領域進一步發(fā)展所造成的潛在阻礙，而且啟發(fā)了后續(xù)研究者將更先進的量子控制技術應用到光—物質相互作用、凝聚態(tài)等復雜體系的實驗研究上;實驗中制備的高度糾纏態(tài)(壓縮態(tài))也有望為量子度量和容錯量子計算領域提供關鍵的量子資源。審稿人對該工作給予了高度評價：“這是整個量子模擬領域的一個重要的實驗。”