通过局域自旋交换纠缠两个可输运的中性原子

为了推进量子信息科学，人们不断寻找能够满足创建和保持量子纠缠严格要求的物理系统。在原子物理学中，鲁棒的双量子比特纠缠通常通过强长程相互作用实现，其形式为离子间的库仑相互作用或里德伯原子间的偶极相互作用。虽然这些相互作用允许快速门操作，但受这些相互作用影响的原子必须克服与之相关的环境耦合和量子比特间的串扰。局域相互作用，例如那些需要显著波函数重叠的相互作用，可以减轻这些不利影响，但提出了一个新挑战：为了分发纠缠，量子比特必须被输运、合并以进行相互作用，然后隔离以进行存储和后续操作。在此，我们展示了如何通过移动光镊制备并局域纠缠两个超冷中性原子，然后在保持其纠缠的同时将它们分开。虽然基态中性原子实验已测量到与自旋纠缠一致的动力学过程，并通过宏观可观测量检测到纠缠，但我们现在能够通过施加局域梯度和宇称测量来展示位置分辨的双粒子相干性；这种新的纠缠验证协议可应用于空间分离原子的任意自旋纠缠态。局域纠缠操作通过超冷自旋交换相互作用实现，并利用量子隧穿来合并和分离原子。我们的工具集为在大规模量子寄存器内通过局域操作动态纠缠远程量子比特提供了一个框架。