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【攀“研”者】之四:量子物理学世界的奇妙纠缠

作者:赵艳敏 贾琳  来源:科研处 编辑:孙旭涛 浏览量: 日期:2023-06-30

编者按:为进一步激发人才创新活力,以创新驱动助推高水平应用型大学建设,党委宣传部(新闻中心)、科研处联合打造推出许院故事——“攀‘研’者”专栏,聚焦一线科研工作者,讲述攻难关、攀高峰的故事,展现敢于拼搏、创新求实的精神,今天推出第四期——冯志波。

量子物理学世界的奇妙纠缠

“你如果突然打了一个喷嚏,那一定是我在想你”,心灵感应这个梗被猜测与“量子纠缠”有关联;

民间故事里“穿墙术”竟然是真的,它的原理是“量子隧道效应”;

全球最快的超级计算机要用百亿年才完成的数学计算,现在只需要几百秒,这个技术叫“量子计算”;

量子是现代物理学中的一个重要概念,当前“量子物理学”给人们生活带来巨大影响和冲击。

在许昌学院也有这么一位研究“量子物理学”的教授。他围绕量子物理相干调控和量子信息处理这一方向,探究超导人工原子与外场的相互作用,构建有效的物理调控方案,发表SCI收录学术论文60余篇,主持并完成4项国家级科研项目,他就是数理学院教授冯志波。

时光机器不再是想象

“我们能将光速减慢到什么程度,怎样控制光速为社会生产服务是问题的关键。也许有一天,时光机器不再只是想象。”说起光速减慢,冯志波有说不完的话题。

我们都知道,光速是如今科学家所研究发现得最快的速度,但是光在不同介质中的传播速度不同,能不能找到一种方法让光速慢下来甚至减慢到零,一直是科学家们研究的课题。

目前,国内外科学家发现电磁诱导透明效应可以初步控制光速的减慢,明显改善介质的光学性质。经过多年的前期积累,利用超导量子电路的人工原子体系来研究电磁诱导透明,并聚焦优化其可控性这一课题,冯志波带领团队开始了大胆的探索。

通过研究发现,超出所考察量子态子空间的泄漏会影响电磁诱导透明的产生,为了解决这一重要问题,选取优化的体系特征参量,在一个具有足够大的能级非谐和性的原子体系中,构建原子与外场之间的有效相互作用,可以显著地消除量子泄漏对电磁诱导透明的不利影响,使体系更加具有可调控性,这一发现为实验研究超导人工原子的电磁诱导透明提供了理论指导,也为微波频段的光学量子信息处理和量子相干调控的进一步探讨提供了可能。该相关研究结果发表在国际知名期刊《Optics Communications》。

在量子纠缠态制备上的新发现

世界的本质,居然真是量子化的……

2022年的诺贝尔奖让“量子纠缠”这个高冷的物理名词再次破圈而出,成为了大众媒体提及最多的网红破圈词汇。

“ 量子信息处理是利用微观量子体系的叠加和纠缠特性来处理信息的新兴技术,已成为新一轮信息技术革命的战略制高点,在推动社会经济发展和维护国家安全方面有着巨大作用。而量子纠缠作为量子信息处理的一种资源,对量子信息的处理有各种各样的帮助形式。”基于超导量子线路的信息处理是近年来冯志波的主攻方向,按他的话来说,这是一份“艰巨”的事业。

要研究量子信息处理,就一定离不开量子纠缠态的制备。聚焦这一课题,冯志波团队针对电路量子电动力学中的两个超导量子比特,采用量子绝热捷径的动力学方法,快速制备量子比特纠缠态,为研究超导量子比特的容错信息处理提供了一种有希望的物理途径。

相关研究工作以“Two-Qubit State Swap and Entanglement Creation in a Superconducting Circuit QED via Counterdiabatic Drivings”为题发表在Wiley出版集团下的旗舰版期刊《Advanced Quantum Technologies》。

科研是探索 教学是热爱

“物理学基础研究是个难啃的骨头,需要花费大量的时间和精力,他这些年来不仅没有退缩,还坚持挤出来时间给本科生上课”,同事眼中的冯志波,令人佩服。

他的事业,不止是科学研究,还有他热爱的教学工作,把科研成果转化为教学资源,冯志波从没有停止。

自2008年入职以来,冯志波一直承担着全校理工科《大学物理》、《量子力学》和《原子物理学》课程的讲授,把最前沿的研究成果融入到自己的课堂中,每次课前准备他都很用心。“冯老师在学业上对我们的要求很高,他还总是鼓励我们去参加社会实践”,在第二课堂中,冯志波注重对学生创新能力和理论联系实践能力的培养,指导本科生参加美国大学生数学建模比赛并荣获二等奖。

用丰富的专业知识储备、对待学术的严谨态度、面对工作的精益求精影响着学生,用平易近人、积极向上的人格魅力感染着学生,冯志波教授是许昌学院名副其实的“十佳师德标兵”。(图片由科研处综合整理)

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