近日，中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所馮芒研究員領(lǐng)導(dǎo)的束縛體系量子信息研究組在線形離子阱中成功實現(xiàn)了單個40Ca+離子的邊帶冷卻，冷卻之后的平均振動量子數(shù)為 <n>=0.056，離子處于振動量子基態(tài)的布局數(shù)達到95%以上，為超冷離子體系的量子信息處理奠定了基礎(chǔ)。

　　將囚禁離子冷卻到振動量子基態(tài)是研制量子計算機的前提，其技術(shù)難度極高。該研究組馮芒、周飛等研究人員通過理論結(jié)合實驗艱苦攻關(guān)，終于在今年國慶節(jié)長假期間突破了冷卻效率方面的最后一道技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了囚禁離子的邊帶冷卻。將囚禁離子冷卻到振動基態(tài)是分兩步來完成: 第一步是通過多普勒冷卻方法驅(qū)動電偶極躍遷將離子冷卻至Lamb-Dicke區(qū)內(nèi)，其平均振動量子數(shù)約為<n>=12; 第二步通過邊帶冷卻的方法多次激發(fā)電四級躍遷，每一次冷卻循環(huán)可以消除一個聲子，最終達到零聲子的振動基態(tài)。

　　處于振動量子基態(tài)的囚禁離子是一個非常理想的量子體系，對其進行量子操控不僅有助于深化我們對量子世界的認識，而且在精密譜測量、量子計算和量子模擬等方面都有著極高的科學(xué)研究和技術(shù)應(yīng)用價值。擁有這樣一個量子體系將使武漢物數(shù)所在離子的量子操縱方面邁上一個新的臺階。

　　該工作得到了“囚禁單原子（離子）與光耦合體系量子態(tài)操控”國家重大科學(xué)研究計劃的支持。國家自然科學(xué)基金委員會也給予了多年的連續(xù)資助。

　　躍遷的邊帶吸收譜。(a)第一紅邊帶在邊帶冷卻前后的對比，空心點為邊帶冷卻之前的實驗值，實線是理論模擬值；實心點為邊帶冷卻之后的實驗值。(b)第一藍邊帶的實驗值和理論模擬值，在邊帶冷卻前后變化很小。通過邊帶冷卻之后紅、藍邊帶的占有數(shù)之比，可以計算出平均振動量子數(shù) <n>=0.056。