近日，中國(guó)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(shí)現(xiàn)了單個(gè)40Ca+離子的邊帶冷卻，冷卻之后的平均振動(dòng)量子數(shù)為 <n>=0.056，離子處于振動(dòng)量子基態(tài)的布局?jǐn)?shù)達(dá)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(dòng)量子基態(tài)是研制量子計(jì)算機(jī)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(guò)理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)艱苦攻關(guān)，終于在今年國(guó)慶節(jié)長(zhǎng)假期間突破了冷卻效率方面的最后一道技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了囚禁離子的邊帶冷卻。將囚禁離子冷卻到振動(dòng)基態(tài)是分兩步來(lái)完成: 第一步是通過(guò)多普勒冷卻方法驅(qū)動(dòng)電偶極躍遷將離子冷卻至Lamb-Dicke區(qū)內(nèi)，其平均振動(dòng)量子數(shù)約為<n>=12; 第二步通過(guò)邊帶冷卻的方法多次激發(fā)電四級(jí)躍遷，每一次冷卻循環(huán)可以消除一個(gè)聲子，最終達(dá)到零聲子的振動(dòng)基態(tài)。

　　處于振動(dòng)量子基態(tài)的囚禁離子是一個(gè)非常理想的量子體系，對(duì)其進(jìn)行量子操控不僅有助于深化我們對(duì)量子世界的認(rèn)識(shí)，而且在精密譜測(cè)量、量子計(jì)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(jià)值。擁有這樣一個(gè)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(gè)新的臺(tái)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(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃的支持。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)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(duì)比，空心點(diǎn)為邊帶冷卻之前的實(shí)驗(yàn)值，實(shí)線是理論模擬值；實(shí)心點(diǎn)為邊帶冷卻之后的實(shí)驗(yàn)值。(b)第一藍(lán)邊帶的實(shí)驗(yàn)值和理論模擬值，在邊帶冷卻前后變化很小。通過(guò)邊帶冷卻之后紅、藍(lán)邊帶的占有數(shù)之比，可以計(jì)算出平均振動(dòng)量子數(shù) <n>=0.056。