近日，我组陈叶鸿教授及其合作者，成功将薛定谔猫态比特应用到超强耦合量子Rabi模型的模拟当中，提出了具有错误保护并增强光与物质耦合的理论模拟方案。该研究成果论文“Error-tolerant amplification and simulation of the ultrastrong-coupling quantum Rabi model”在线发表于物理学顶级期刊《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 133, 033603 (2024)）。

薛定谔猫态比特是一种著名的biased-noise比特，它仅对比特翻转错误具有敏感性，而其他错误可以被指数形式抑制。因此，薛定谔猫态编码是一种重要的逻辑比特编码方式，其利用单一谐振子的无限大希尔伯特空间进行冗余量子信息的编码，可以在保持错误通道数目不变的情况下实现量子纠错。

图 1腔QED系统模型图及猫态比特。

陈叶鸿教授利用薛定谔猫态这一特性，提出一种可以容忍多种误差的模拟方案用于探索超强耦合量子Rabi模型所预言的物理现象。该模拟方案除了对误差不敏感外，还可以增强比特与腔模的耦合强度，使其达到超强耦合参数选择范围。在这个范围内，由于反旋波相互作用不能被忽略，因此，可以利用量子Rabi模型研究许多新奇的物理现象和应用，如量子相变，临界增强传感等等。该工作重点研究了量子态塌缩复原现象，非对称量子Rabi模型的隐对称性和隧穿现象。数值模拟结果表明即使存在参数误差的情况下，这些物理现象依然可以很好地被观测到。另外，陈叶鸿教授还基于该模型实现了多模猫态编码，证明多模猫态编码可以在每个模式激发数较小的情况下实现与高激发数单模猫态编码相同的纠错效果。

该研究成果论文以福州大学为第一完成单位，陈叶鸿教授为第一作者，夏岩教授为唯一通讯作者，研究小组施志成副教授和日本理化学研究所的Franco Nori教授为合作作者。

该课题研究受到国家自然科学基金委、福州大学科研启动经费、福州大学“双一流”建设项目和“物理学科”专项支持。

全文链接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.133.033603

陈叶鸿教授简介：2018年博士毕业于福州大学，2018-2023年在日本理化学研究所从事博士后研究。2023年3月入职福州大学并先后入选福建省“闽江学者”奖励计划和福建省“百人计划”。研究方向为量子信息与量子光学，已经在Phys Rev Lett等国际权威期刊中发表约60篇SCI收录论文。文章被引用累计近2000次，发表SCI高被引论文5篇，H指数26。