近日，中国科学院武汉物理与数学研究所研究员詹明生领导的研究团队利用里德堡态原子的偶极-偶极相互作用，首次成功实现了一个铷-85原子和一个铷-87原子的量子纠缠和基于这两个原子的量子受控非门。相关工作发表在《物理评论快报》上。

理论推测，不同粒子间的量子纠缠广泛存在于各种量子复合体系，包括玻色-玻色混合体系、捕光复合物和光反应中心复合物组成的光合系统等。操控不同粒子间的纠缠对于模拟和理解强关联的多体相互作用体系、分数量子霍尔态以及多自旋相互作用体系中量子位相的传输等都有着非常重要的意义。而实验实现两个不同种粒子的量子纠缠是基础且关键的一步。

詹明生研究组副研究员许鹏（青促会会员）和博士生曾勇等人在前期完成的异核单原子囚禁的基础上，利用480纳米和780纳米的激光将铷原子相干激发到了到主量子数为79的高里德堡态。他们充分利用铷-85和铷-87在光谱频率上的差别，在原子间距在3.8微米时依然实现了对单个原子的寻址及完备操控。相比同种原子体系，他们实现了更为优越的串扰抑制，更强的里德堡态原子间的偶极-偶极相互作用和更高效的里德堡阻塞。在此基础上，他们在国际上首次实现了异核原子间的量子受控非门和量子纠缠。

该工作不仅展示了异核体系在寻址和抑制原子间操作串扰方面的优势，从而推进多组份原子的量子计算方案，而且为基于异核里德堡原子体系模拟复杂自旋相互作用模型铺平了道路。该工作结合原有的同种原子量子门操控手段奠定了多组份相互作用体系量子操控的基础。该研究得到了科技部重点研发计划、中科院战略性先导科技专项和国家自然科学基金委项目的资助。