研究人员确认了这两种本质上截然不同的量子态之间的量子纠缠

来自清华大学的消息显示，最近几天，清华大学交叉信息研究院段路明研究组在微波量子信息处理领域取得重要进展，首次在实验中借助超导量子电路成功制备了相干态飞行微波光子的多体薛定谔猫态，并验证了不同猫态之间以及多体猫态和超导量子比特之间的量子纠缠。

根据消息显示，1935年，物理学家薛定谔为阐述量子力学中的悖论，提出了一个著名的思想实验，即薛定谔的猫根据薛定谔的想法，原子可能同时以两种不同的状态存在，这称作量子叠加，如果在原子和宏观物体间产生相互作用，将它们纠缠起来，这时宏观物体可能处于一种奇怪的叠加态薛定谔用一只猫来说明这种情况，设想一个封闭的房间里有一只猫和一瓶毒药，如果原子的衰变能够触发机械装置打破瓶子，释放毒药，那么猫必死无疑但考虑到原子可能处在衰变或者未发生衰变的叠加态，这意味着房间里可能存在一只又死又活猫

但如果房间中有不止一只猫呢按照量子理论的自然逻辑，这些猫不仅又死又活，而且同生共死即这些猫不仅处在多体的量子叠加态，并且它们之间存在超越经典关联的量子纠缠这种宏观物体或者经典态之间的量子纠缠不仅是一个有趣的科学问题，并且在很多量子技术中有重要的应用

制备多体薛定谔的猫在技术上十分具有挑战性，这是因为用来模拟猫的生死的经典态一般处在高维度的希尔伯特空间中，往往存在严重的退相干，导致其中的量子效应很难被观测到。

实验中重构得到的多体猫态的密度矩阵

如图所示，研究人员在高维度的希尔伯特空间中利用量子态层析方法重构飞行微波光子的量子态，从多体飞行微波光子态的密度矩阵出发，利用可局域量子纠缠的方法验证了直到四体猫态中的量子纠缠，这也是实验中首次成功制备超过两体的半经典态之间的量子纠缠。随着量子芯片的进一步扩展，为了进一步提高读取保真度，如何解决测量中的串扰问题将成为研究者们面临的主要挑战。这些方案虽然在一定程度上抑制了串扰，但是都对量子芯片的扩展和集成产生了不利的影响。

除此之外，通过重构超导量子比特和多体猫态这个混合量子系统的密度矩阵，研究人员确认了这两种本质上截然不同的量子态之间的量子纠缠。对量子比特状态的高保真度测量是量子计算中的关键一环。在此之前，国际上其他课题组的主要精力集中在如何从硬件层面抑制串扰，例如为每一个量子比特的读取腔单独配置一个读取滤波器，或者增大读取腔之间的空间和频域距离。。