远程节点间鲁棒的量子态传输对于大规模量子通信和量子计算具有重要的意义。当前，用来执行量子态传输的物理系统容易遭受环境噪声或者系统自身缺陷的影响，导致传输方案的保真度降低。而基于拓扑绝缘体的特性——导电的边界态受到能隙的保护，可以设计在拓扑保护的体系下，更鲁棒的量子信息处理任务。
近日，我院量子信息团队程留永副教授研究组与合作者利用非厄米三聚体Su-Schrieffer-Heeger（SSH3）链的拓扑能隙态，实现了可控、稳健和快速的量子纠缠态传输方案。系统的非厄米性由在每个单位格点上施加周期性的虚位势来实现（如下图）。研究结果表明，在偶数链中，可以通过改变虚位势的符号来控制传输通道的开启和关闭，在奇数链中，虚数位势的符号决定了纠缠态传输的方向性。此外，通过适当地调节虚位势和系统演化参数，纠缠态传输的保真度可以达到1。同时，研究发现适当增加局部虚势可以使非厄米系统中的纠缠传输速度比厄米系统中提高约10倍。这说明非厄米开放系统的增益和损耗可以在拓扑激发传输中发挥积极作用。这些发现不仅为非厄米拓扑链的理解提供了理论见解，也为开发鲁棒的量子信息网络提供了新的思路。
这一研究成果以“Controllable entangled-state transmission in a non-Hermitian trimer Su-Schrieffer-Heeger chain”为题,发表在Physical Review A[Phys.Rev.A 110,062409(2024)]。这是量子信息团队继在一维超导磁通量子比特链中实现单量子态的可控传输[Phys.Rev.A 102,012606(2020)]，以及一维超导谐振器链中实现量子纠缠态的可控传输[Chin.Phys.B31,020305(2022)，Editors’suggestions编辑推荐] 后,在拓扑量子体系中实现量子态转移的又一工作。我院2022级硕士研究生曹劭君是论文第一作者，程留永副教授和延边大学的王洪福教授为通讯作者，东北师范大学物理学院博士生郑黎娜参与了计算和分析。该工作得到了国家自然科学基金、山西省基础研究计划和吉林省自然科学基金等项目的资助。
论文链接：
https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.110.062409
https://cpb.iphy.ac.cn/EN/10.1088/1674-1056/ac2f2e
https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.102.012606
图. 偶数/奇数尺寸的非厄米SSH3链.
