近日，海南大学物理与光电工程学院、理论物理研究中心吴玲娜教授与清华大学科研人员合作，在国际物理学权威期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表研究成果。论文以“Enhanced and Long-Lived Spin Squeezing in 2D Finite-Range Systems via Global Control Fields”为题，报道了双方在二维有限程相互作用体系中实现增强且长寿命自旋压缩的理论与实验进展[Phys. Rev. Lett. 137, 130801 (2026)]。

量子纠缠是量子信息处理和量子精密测量的核心资源。如何在大规模量子体系中高效制备高质量、长寿命的多体纠缠态，是当前量子科学研究的重要课题。其中，自旋压缩态（Spin-Squeezed States）不仅是多体量子纠缠的重要表征，也是实现超越经典标准量子极限精密测量的关键资源。

在理想的集体自旋模型中，所有粒子之间具有相同的相互作用强度，体系能够通过集体非线性动力学产生显著的自旋压缩。然而，在实际量子模拟平台中，粒子之间的相互作用通常具有明显的距离依赖性。例如，在里德堡原子阵列中，原子间的偶极相互作用随空间距离变化。这种有限程相互作用会使集体自旋动力学与具有不同动量的自旋波模式发生耦合，导致量子关联向非集体自由度泄漏，从而限制自旋压缩的增强，并缩短压缩态的有效保持时间。

针对这一问题，研究团队开展了理论与实验相结合的系统研究，提出一种基于全局控制场的优化方案，在二维有限程相互作用体系中实现了增强且长寿命的自旋压缩。研究团队将转子-自旋波理论（Rotor-Spin-Wave Theory）推广至开放边界条件，建立了适用于二维有限程相互作用体系的理论描述。在此基础上，发展了高效的控制协议优化方法，使得大规模体系中的控制策略能够得到有效设计和理论验证。理论结果表明，仅通过一个集体横向控制场，就能够在不同系统尺寸下获得优于传统双轴扭转基准的自旋压缩效果。更重要的是，优化后的动力学不仅能够增强压缩程度，还能够显著延长强自旋压缩态的保持时间。

为进一步验证该方案的有效性，研究团队将优化方案应用于二维里德堡原子阵列。里德堡原子具有可调控的长程偶极相互作用，是研究多体量子动力学和量子信息处理的重要实验平台。实验中，研究团队利用全局横向控制场调节原子阵列中的自旋动力学，实现了增强且长寿命的自旋压缩。实验观测结果与理论预测符合良好，验证了该控制策略在真实二维量子体系中的有效性。

自旋压缩是量子精密测量的核心资源，在原子钟、量子传感等领域具有重要应用前景。该成果为在大规模量子体系中制备高质量、长寿命的多体纠缠态提供了理论与实验相结合的可行路径，也是学院深化科教融合、推进有组织科研的重要进展。清华大学物理系2021级博士生李昂（已毕业）、2022级博士生华振兴为论文共同第一作者，清华大学物理系郑盟锟教授、海南大学吴玲娜教授和清华大学物理系尤力教授为论文通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、科技部物态调控重点专项以及合肥国家实验室2030项目等的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/htbh-w6rx

文稿：吴玲娜

初审：刘  京

复审：陈文钦

终审：黄文强