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科研進展

2021年11月24日
中國科大實現高維量子糾纏態的最優檢測

11月22日,中國科大(da)郭光燦院士團(tuan)隊(dui)在高維量(liang)子通信研究中取得(de)重要進展,該團(tuan)隊(dui)李傳鋒、柳必恒研究組與電(dian)子科技大(da)學王子竹(zhu)教授(shou)、奧(ao)地利(li)高小欽博士、Miguel Navascués教授(shou)等合(he)作,首次(ci)實現了高維量(liang)子糾纏態(tai)的最優檢測。相關成果發表在國際知(zhi)名期刊《物理評論(lun)快報》上。

量(liang)(liang)(liang)子(zi)糾(jiu)(jiu)纏是量(liang)(liang)(liang)子(zi)信息過程的(de)(de)(de)核心(xin)資源(yuan),如(ru)何在實驗上制備和檢(jian)(jian)測(ce)量(liang)(liang)(liang)子(zi)糾(jiu)(jiu)纏是量(liang)(liang)(liang)子(zi)信息領(ling)域(yu)的(de)(de)(de)基(ji)本任(ren)務。然而(er)(er),隨著系(xi)統(tong)維(wei)度(du)(du)數(shu)和粒子(zi)數(shu)的(de)(de)(de)增(zeng)加,量(liang)(liang)(liang)子(zi)態層析技術(shu)這種(zhong)傳統(tong)的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)量(liang)(liang)(liang)子(zi)糾(jiu)(jiu)纏態的(de)(de)(de)方(fang)法消耗(hao)的(de)(de)(de)資源(yuan)將會指數(shu)增(zeng)長,因而(er)(er)在實驗上不具備可(ke)擴展性。為了(le)解決高維(wei)糾(jiu)(jiu)纏檢(jian)(jian)測(ce)這一難題,研究(jiu)組曾(ceng)利用基(ji)于(yu)保真度(du)(du)的(de)(de)(de)糾(jiu)(jiu)纏目(mu)擊(ji)方(fang)法檢(jian)(jian)測(ce)了(le)32維(wei)的(de)(de)(de)兩(liang)體最大糾(jiu)(jiu)纏態,保真度(du)(du)達到了(le)世界(jie)上最高水平[Phys. Rev. Lett.125, 090503 (2020)]。然而(er)(er)對于(yu)常見(jian)的(de)(de)(de)非最大高維(wei)糾(jiu)(jiu)纏態,基(ji)于(yu)保真度(du)(du)的(de)(de)(de)糾(jiu)(jiu)纏目(mu)擊(ji)方(fang)法并(bing)不普適(shi)。

針對(dui)(dui)該(gai)困難(nan),研究組與理(li)論合作(zuo)者們給出了一(yi)種最(zui)優(you)的(de)(de)(de)(de)(de)量子糾(jiu)纏(chan)(chan)檢(jian)測方(fang)法(fa),該(gai)方(fang)法(fa)適用(yong)于(yu)所有的(de)(de)(de)(de)(de)兩(liang)體量子糾(jiu)纏(chan)(chan)態(tai)。為了檢(jian)驗(yan)該(gai)方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)普適性,他們在實(shi)驗(yan)上巧(qiao)妙的(de)(de)(de)(de)(de)制備出一(yi)系列(lie)不同類(lei)型的(de)(de)(de)(de)(de)高維(wei)(wei)量子糾(jiu)纏(chan)(chan)態(tai),并實(shi)現了對(dui)(dui)該(gai)量子糾(jiu)纏(chan)(chan)態(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)局域測量等操作(zuo),從而實(shi)現最(zui)優(you)的(de)(de)(de)(de)(de)量子糾(jiu)纏(chan)(chan)檢(jian)測。實(shi)驗(yan)結果表明,對(dui)(dui)于(yu)四(si)維(wei)(wei)或三維(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)不能(neng)采用(yong)基于(yu)保真度的(de)(de)(de)(de)(de)糾(jiu)纏(chan)(chan)目擊(ji)方(fang)法(fa)檢(jian)測的(de)(de)(de)(de)(de)量子糾(jiu)纏(chan)(chan)態(tai),用(yong)新的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)只需(xu)采用(yong)三組測量基即(ji)可認證(zheng)其(qi)量子糾(jiu)纏(chan)(chan)。

本(ben)成果(guo)解決了(le)兩(liang)體(ti)高維糾纏態的(de)檢(jian)測問題,為(wei)實(shi)現(xian)各種高維量(liang)子(zi)信息過程和研究高維系統中的(de)量(liang)子(zi)物(wu)理基本(ben)問題打下重(zhong)要基礎(chu)。

文(wen)章共同第(di)一作者為中(zhong)科院(yuan)量子信息重點(dian)實驗室(shi)特任副研究(jiu)員胡曉敏博(bo)士和博(bo)士研究(jiu)生邢文(wen)博(bo)。本研究(jiu)得到科技(ji)部、國(guo)家(jia)基金委、中(zhong)國(guo)科學院(yuan)、安徽(hui)省的支持。

圖(tu)1. 高維量(liang)子(zi)糾纏(chan)態的(de)最(zui)優(you)檢測(ce)實(shi)驗結果。(a)和(b)是兩種不同的(de)非最(zui)大糾纏(chan)態。圖(tu)中(zhong)(zhong)綠色區域中(zhong)(zhong)的(de)糾纏(chan)態不能用基于保真度(du)的(de)糾纏(chan)目(mu)擊方法檢測(ce)。

文章鏈接:


(中科院(yuan)量(liang)(liang)子信息重點實驗(yan)室、中科院(yuan)量(liang)(liang)子信息和(he)量(liang)(liang)子科技創新研(yan)究院(yuan)、科研(yan)部)

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