我科学家首次实验实现最优量子纠缠态检验

2020-07-22 14:48:02 来源: 科技日报 作者: 吴长锋

科技日报记者 吴长锋

记者从中国科大获悉,该校郭光灿院士团队首次实验实现了最优效率的多光子纠缠态检验,测量精度达到海森堡极限,更重要的是该方法所需测试样本数不会随着纠缠态规模增大而增加。研究成果日前发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。

量子纠缠是量子通讯和量子计算研究中重要的资源,制备高质量的纠缠态是实现众多量子信息方案的基本前提。而如何刻画这些实际纠缠态的质量是实施相关量子信息方案首先要解决的问题。传统的量子态层析方法需要进行的测量数目和后处理的计算复杂度都随纠缠体系的规模成指数增长。对于未来大规模的纠缠态测量,量子态层析已经不具备实际可操作性。为了减少所需要的测量次数,学术界提出了纠缠目击的方法来确定纠缠态的存在,但是这种方法不能定量刻画纠缠态的品质。

科研人员构造了一组最优的测量基,使得目标态可以确定性的通过这些测量。然后随机选取这些测量基对实际制备的纠缠态进行测试。在该实验中,失真度的估计值与测试样本数n成反比关系,也就是实现了1/n的海森堡极限测量精度,这是量子力学所能允许的极限。这意味着该工作实现了最优效率的纠缠态检验,更重要的是该方法所需要的测试样本数并不随着纠缠态规模增大而增加。利用最优量子纠缠态检验方法,研究组对两光子和四光子纠缠态分别进行了检验。其中对于四光子的纠缠态,实验中利用了9个测量装置和大约2500次测量即精确表征了实际态的失真度。作为比较,量子态层析方法要达到相同的测量精度,需要使用81个测量装置和45000次测量。 

最优量子纠缠态检验方法对大规模量子通信和量子计算网络具有重要意义。

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责任编辑:陈可轩

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