近日，辽宁大学物理学院玉素甫·吐拉克教授团队在量子态工程研究领域取得重要进展，其研究成果以辽宁大学为唯一完成单位在美国物理学会（APS）旗下著名期刊 《Physical Review A》（SCI中国科学院二区）上发表，论文题为《Generalized heralded generation of non-Gaussian states using an optical parametric amplifier》（基于光学参量放大器的广义非高斯态预报式制备）。2024级硕士研究生姚晓曦为论文第一作者，玉素甫·吐拉克教授为通讯作者。  

论文介绍：

非高斯态是连续变量量子计算、量子计量学和容错量子信息处理中的关键资源。然而，如何高效、灵活且可扩展地制备高质量的非高斯态，一直是该领域的核心挑战。传统方案通常依赖于复杂的分立光学元件或特定的非线性过程，不仅效率受限，且灵活性差。玉素甫·吐拉克教授团队在前期工作的基础上，提出了一种广义化的 预报式（heralded）光学参量放大器（OPA）协议。该协议突破了以往仅能处理相干态输入的限制，允许将任意非经典光场作为输入，从而将OPA 从一个“专用”的非高斯态发生器，转变为一个功能强大的可重构量子态处理器。

研究团队通过理论分析展示了该协议的两个关键功能：

1.高效薛定谔猫态制备：当输入为压缩真空态时，该协议可等效 为一个集成的双光子减法器，能够以极高的保真度（>0.999）和比传统方案更简单的实验装置，非确定性地产生大振幅的压缩薛定谔猫态（相干振幅α≈1.4）。这为基于猫态的量子计算和量子纠错提供了更优质的资源。

2.非高斯性放大器：当输入为小振幅的薛定谔猫态时，该协议可作为“非高斯性放大器”，将其“蒸馏”成高纯度的特定光子数叠加态，例如光子数叠加态和压缩三光子态，保真度同样超过0.99。

此外，研究还系统分析了光子损耗对制备态的影响，证明该方案在现实可实现的低损耗条件下具有很好的鲁棒性，制备态的保真度仍能保持在较高水平。

研究意义：

这项工作不仅将 heralded OPA 协议的应用范围从单一的相干态输入扩展到了任意非经典态，更重要的是，它提供了一种统一、灵活且实验可行的集成化平台。通过简单地选择不同的输入态和调节OPA增益，同一个装置就能制备出多种关键的非高斯量子态。这种从“态发生器”到“态处理器”的范式转变，或可为连续变量量子信息处理、量子计量学及未来容错量子计算的研究提供一种新的思路和潜在的技术方案。该成果有望进一步推动集成化、可重构量子光学芯片的探索，为实用化量子技术的发展提供一种可能的路径。

该研究得到了国家自然科学基金项目（No. 12365005）的资助。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/rkzg-sdxn