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中國科大實現高維量子糾纏態的最優檢測

2021-11-25

 

11月22日,中国科大郭光灿院士团队在高维量子通信研究中取得重要进展,该团队李传锋、柳必恒研究组与电子科技大学王子竹教授、奥地利高小钦博士、Miguel Navascués教授等合作,首次实现了高维量子纠缠态的最优检测。相关成果发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。

量子纠缠是量子信息过程的核心资源,如何在实验上制备和检测量子纠缠是量子信息领域的基本任务。然而,随着系统维度数和粒子数的增加,量子态层析技术这种传统的检测量子纠缠态的方法消耗的资源将会指数增长,因而在实验上不具备可扩展性。为了解决高维纠缠检测这一难题,研究组曾利用基于保真度的纠缠目击方法检测了32维的两体最大纠缠态,保真度达到了世界上最高水平[Phys. Rev. Lett.125, 090503 (2020)]。然而对于常见的非最大高维纠缠态,基于保真度的纠缠目击方法并不普适。

針對該困難,研究組與理論合作者們給出了一種最優的量子糾纏檢測方法,該方法適用于所有的兩體量子糾纏態。爲了檢驗該方法的普適性,他們在實驗上巧妙的制備出一系列不同類型的高維量子糾纏態,並實現了對該量子糾纏態的局域測量等操作,從而實現最優的量子糾纏檢測。實驗結果表明,對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的量子糾纏態,用新的方法只需采用三組測量基即可認證其量子糾纏。

本成果解決了兩體高維糾纏態的檢測問題,爲實現各種高維量子信息過程和研究高維系統中的量子物理基本問題打下重要基礎。

文章共同第一作者爲中科院量子信息重點實驗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、國家基金委、中國科學院、安徽省的支持。

图1. 高维量子纠缠态的最优检测实验结果。(a)和(b)是两种不同的非最大纠缠态。图中绿色区域中的纠缠态不能用基于保真度的纠缠目击方法检测。

文章鏈接: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.220501

(中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創新研究院、科研部)

 

 

 

來源:中國科學技術大學新聞網

 



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