中國(guo)(guo)金宝搏入口188郭光燦院士團隊在真(zhen)多體非(fei)(fei)經(jing)典(dian)量(liang)(liang)子(zi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)研(yan)究中取(qu)得重要進(jin)展。該團隊項國(guo)(guo)勇、侯(hou)志博研(yan)究組(zu)和復旦大學朱(zhu)黃俊研(yan)究組(zu)首(shou)次在理論上將(jiang)真(zhen)多體非(fei)(fei)經(jing)典(dian)性從(cong)量(liang)(liang)子(zi)態(tai)擴(kuo)展到量(liang)(liang)子(zi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)，并實(shi)驗實(shi)現(xian)了(le)基于二(er)(er)維光量(liang)(liang)子(zi)行走(zou)的真(zhen)三體非(fei)(fei)經(jing)典(dian)測(ce)(ce)量(liang)(liang)，用于三拷貝量(liang)(liang)子(zi)態(tai)估計(ji)任務(wu)中；實(shi)驗保真(zhen)度超越最優二(er)(er)可(ke)分(fen)測(ce)(ce)量(liang)(liang)11個標偏(pian)。相關研(yan)究成果于5月28日在線發表在國(guo)(guo)際(ji)知(zhi)名期刊《物(wu)理評論快報》上。
非經典關(guan)(guan)(guan)聯是(shi)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)世界(jie)區別于經典世界(jie)的(de)核(he)(he)心特征(zheng)，是(shi)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)力學的(de)核(he)(he)心基礎問題(ti)，也是(shi)很(hen)多(duo)(duo)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)信息處理任(ren)務的(de)關(guan)(guan)(guan)鍵資源。實現非經典關(guan)(guan)(guan)聯的(de)傳統(tong)方式是(shi)對(dui)糾纏量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)態(tai)做局域(yu)測(ce)量(liang)(liang)(liang)。在(zai)多(duo)(duo)體情(qing)形下(xia)，非經典關(guan)(guan)(guan)聯具有多(duo)(duo)種(zhong)形式。其中真多(duo)(duo)體非經典關(guan)(guan)(guan)聯不能分解為部分子(zi)(zi)(zi)系統(tong)之間的(de)關(guan)(guan)(guan)聯，是(shi)多(duo)(duo)體量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)系統(tong)中最(zui)強的(de)關(guan)(guan)(guan)聯，因而備受關(guan)(guan)(guan)注。真多(duo)(duo)體糾纏量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)態(tai)能夠展現出真多(duo)(duo)體非經典關(guan)(guan)(guan)聯，并在(zai)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)非局域(yu)性檢(jian)驗、量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)網絡、量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)密(mi)碼(ma)和量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)精密(mi)測(ce)量(liang)(liang)(liang)中具有重要應用價值。
除了(le)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)態，非經(jing)典(dian)關(guan)聯(lian)(lian)也可以存在于量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)中(zhong)。量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)集體(ti)(ti)(ti)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)相(xiang)(xiang)比可分(fen)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)具有更(geng)強的(de)(de)信(xin)息(xi)(xi)提(ti)取(qu)(qu)(qu)能(neng)力，即(ji)使被測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)體(ti)(ti)(ti)系子(zi)系統之(zhi)間不存在任何關(guan)聯(lian)(lian)。這種(zhong)超越可分(fen)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)信(xin)息(xi)(xi)提(ti)取(qu)(qu)(qu)能(neng)力只能(neng)來源于量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)中(zhong)的(de)(de)非經(jing)典(dian)關(guan)聯(lian)(lian)。目前(qian)國際上(shang)(shang)已經(jing)實驗(yan)實現了(le)兩(liang)拷貝集體(ti)(ti)(ti)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)，驗(yan)證(zheng)了(le)兩(liang)體(ti)(ti)(ti)非經(jing)典(dian)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)可以展現比可分(fen)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)更(geng)強的(de)(de)信(xin)息(xi)(xi)提(ti)取(qu)(qu)(qu)能(neng)力。但是(shi)相(xiang)(xiang)比于量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)態中(zhong)的(de)(de)真(zhen)多體(ti)(ti)(ti)關(guan)聯(lian)(lian)，如何判斷一個測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)是(shi)否(fou)具備(bei)真(zhen)三(san)體(ti)(ti)(ti)非經(jing)典(dian)關(guan)聯(lian)(lian)尚不清楚，之(zhi)前(qian)實驗(yan)上(shang)(shang)也沒有實現超越兩(liang)拷貝集體(ti)(ti)(ti)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)信(xin)息(xi)(xi)提(ti)取(qu)(qu)(qu)能(neng)力的(de)(de)多拷貝集體(ti)(ti)(ti)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)。
項國勇課題組(zu)在實驗(yan)上(shang)(shang)(shang)系統發展了兩(liang)拷貝集(ji)體(ti)(ti)測量(liang)技(ji)術(shu)[Nat.Commun.9,1（2018);Sci.Adv.5,2375（2019);PRL 124,060502（2020);PRL 125,210401（2020);PRapplied 20,044032（2023)]，和自適(shi)應兩(liang)拷貝集(ji)體(ti)(ti)測量(liang)技(ji)術(shu)[PRL 132,110801（2024)]。在此基礎上(shang)(shang)(shang)，研究團隊(dui)進一步采用(yong)九步二(er)維光量(liang)子行走，通(tong)過精心設計30個控(kong)制(zhi)算符，最終實現了最優(you)真三拷貝集(ji)體(ti)(ti)測量(liang)，并將其用(yong)于量(liang)子態(tai)估計任務中，實驗(yan)獲得的(de)保真度比所(suo)有二(er)可分(fen)集(ji)體(ti)(ti)測量(liang)最高保真度高11個標偏(pian)。這(zhe)種(zhong)前所(suo)未(wei)有的(de)信息提取能力(li)表明研究團隊(dui)在國際上(shang)(shang)(shang)首(shou)次實驗(yan)實現了真三體(ti)(ti)量(liang)子測量(liang)。
圖(tu)：左上，真(zhen)(zhen)三(san)體(ti)非經典量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)態(tai)到真(zhen)(zhen)三(san)體(ti)非經典量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)。右上，真(zhen)(zhen)三(san)體(ti)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)保真(zhen)(zhen)度超越所(suo)有(you)二可(ke)分測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)最高保真(zhen)(zhen)度。下圖(tu)，基于二維光量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)行走(zou)的真(zhen)(zhen)三(san)體(ti)集體(ti)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)實(shi)驗光路圖(tu)。
該(gai)工(gong)(gong)作(zuo)首先建(jian)立了真(zhen)(zhen)三(san)體(ti)(ti)非(fei)經(jing)典(dian)量(liang)(liang)子(zi)測量(liang)(liang)理論(lun)，并(bing)發展(zhan)了基于信息(xi)提(ti)取能(neng)(neng)力(li)(li)判(pan)斷真(zhen)(zhen)三(san)體(ti)(ti)非(fei)經(jing)典(dian)量(liang)(liang)子(zi)測量(liang)(liang)的(de)(de)方法。然(ran)后(hou)將兩(liang)拷貝(bei)集體(ti)(ti)測量(liang)(liang)技術(shu)進(jin)(jin)(jin)一步(bu)發展(zhan)形(xing)成真(zhen)(zhen)三(san)拷貝(bei)集體(ti)(ti)測量(liang)(liang)技術(shu)，并(bing)通過量(liang)(liang)子(zi)態估(gu)計任(ren)務驗(yan)證了超越所(suo)有二可(ke)分量(liang)(liang)子(zi)測量(liang)(liang)的(de)(de)信息(xi)提(ti)取能(neng)(neng)力(li)(li)。該(gai)工(gong)(gong)作(zuo)首次展(zhan)現了量(liang)(liang)子(zi)測量(liang)(liang)中的(de)(de)真(zhen)(zhen)多(duo)體(ti)(ti)非(fei)經(jing)典(dian)關聯，增進(jin)(jin)(jin)了人們對真(zhen)(zhen)多(duo)體(ti)(ti)非(fei)經(jing)典(dian)關聯的(de)(de)認識，并(bing)為(wei)進(jin)(jin)(jin)一步(bu)探(tan)索真(zhen)(zhen)多(duo)體(ti)(ti)量(liang)(liang)子(zi)測量(liang)(liang)的(de)(de)應用(yong)和(he)潛力(li)(li)奠(dian)定了基礎(chu)。
中國(guo)金宝搏入口188少年班學(xue)院(yuan)本科生周楷（已畢業）為(wei)論(lun)文第一作者(zhe)，復旦(dan)大學(xue)博士后(hou)易昌浩為(wei)第二作者(zhe)，我校項國(guo)勇(yong)教授、侯志博教授和復旦(dan)朱黃俊研(yan)究(jiu)員為(wei)通訊作者(zhe)。該項研(yan)究(jiu)得到了(le)科技部、國(guo)家自(zi)然科學(xue)基金(jin)委(wei)、安徽省、中國(guo)科學(xue)院(yuan)和教育(yu)部的支(zhi)持。
論文鏈接： //link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.134.210201
（量(liang)(liang)子(zi)網絡安徽省重點實驗(yan)室、物理學院(yuan)、中國科學院(yuan)量(liang)(liang)子(zi)信息和量(liang)(liang)子(zi)科技創新研(yan)究院(yuan)、科研(yan)部）
