中國(guó)科大首次實(shí)現(xiàn)高維量子糾纏態(tài)的最優(yōu)檢測(cè)

11月25日消息（余予）來(lái)自中國(guó)科大的消息顯示，11月22日，中國(guó)科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在高維量子通信研究中取得重要進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組與電子科技大學(xué)王子竹教授、奧地利高小欽博士、Miguel Navascués教授等合作，首次實(shí)現(xiàn)了高維量子糾纏態(tài)的最優(yōu)檢測(cè)。

量子糾纏是量子信息過(guò)程的核心資源，如何在實(shí)驗(yàn)上制備和檢測(cè)量子糾纏是量子信息領(lǐng)域的基本任務(wù)。然而，隨著系統(tǒng)維度數(shù)和粒子數(shù)的增加，量子態(tài)層析技術(shù)這種傳統(tǒng)的檢測(cè)量子糾纏態(tài)的方法消耗的資源將會(huì)指數(shù)增長(zhǎng)，因而在實(shí)驗(yàn)上不具備可擴(kuò)展性。

為解決高維糾纏檢測(cè)這一難題，研究組此前曾利用基于保真度的糾纏目擊方法檢測(cè)了32維的兩體最大糾纏態(tài)，保真度達(dá)到了世界上最高水平。

然而對(duì)于常見(jiàn)的非最大高維糾纏態(tài)，基于保真度的糾纏目擊方法并不普適。

針對(duì)這一問(wèn)題，研究組與理論合作者們給出了一種最優(yōu)的量子糾纏檢測(cè)方法，該方法適用于所有的兩體量子糾纏態(tài)。為了檢驗(yàn)該方法的普適性，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)上巧妙的制備出一系列不同類(lèi)型的高維量子糾纏態(tài)，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)該量子糾纏態(tài)的局域測(cè)量等操作，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的量子糾纏檢測(cè)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于四維或三維的不能采用基于保真度的糾纏目擊方法檢測(cè)的量子糾纏態(tài)，用新的方法只需采用三組測(cè)量基即可認(rèn)證其量子糾纏。

本成果解決了兩體高維糾纏態(tài)的檢測(cè)問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)各種高維量子信息過(guò)程和研究高維系統(tǒng)中的量子物理基本問(wèn)題打下重要基礎(chǔ)。

相關(guān)成果于近日在國(guó)際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表。文章共同第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特任副研究員胡曉敏博士和博士研究生邢文博。本研究得到科技部、國(guó)家基金委、中國(guó)科學(xué)院、安徽省的支持。

圖1. 高維量子糾纏態(tài)的最優(yōu)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（a）和（b）是兩種不同的非最大糾纏態(tài)。圖中綠色區(qū)域中的糾纏態(tài)不能用基于保真度的糾纏目擊方法檢測(cè)。

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