多體量子導引新特征獲驗證 有助多用戶(hù)量子網(wǎng)絡(luò )搭建

  ICC訊 記者3月27日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、許金時(shí)、孫凱等人對多體量子導引的關(guān)系結構進(jìn)行了實(shí)驗研究，首次觀(guān)測到多體量子導引的非單配性共享關(guān)系，即其中一方的量子態(tài)可以被另外兩方同時(shí)導引。這項研究成果日前發(fā)表在國際物理學(xué)期刊《物理評論快報》上。

  量子導引描述了一個(gè)粒子通過(guò)局域測量影響另一個(gè)粒子量子態(tài)的能力。作為一種量子非局域現象，量子導引擁有獨特的非對稱(chēng)性質(zhì)，能進(jìn)一步實(shí)現單向量子導引，即一方可以導引另一方，反過(guò)來(lái)卻不行。在多體量子導引的研究中，單配性關(guān)系會(huì )限制量子導引在個(gè)體之間的分享能力，使得一方不能同時(shí)被其他參與方導引。理論研究表明，在增加測量方向的情況下，多體量子導引會(huì )出現違背單配性的現象，展示出多體之間豐富的導引共享關(guān)系結構。為了驗證這種非單配性共享關(guān)系，需要能夠對多體量子系統進(jìn)行任意測量，這就要求制備具有高保真度的多體糾纏量子比特系統。

  在前期研究基礎上，研究組進(jìn)一步利用光子的偏振、路徑和軌道角動(dòng)量三個(gè)自由度，構建了三量子比特系統，制備了一系列的三體糾纏態(tài)，平均保真度達到96%。通過(guò)拓展量子導引的不確定關(guān)系判據，研究者研究了多體量子導引的非單配性共享關(guān)系。實(shí)驗結果表明，在三體量子系統中，一方的量子態(tài)可以被另外兩方同時(shí)導引，這種現象違背了傳統的單配性關(guān)系，證實(shí)了多體量子導引的共享性質(zhì)。研究組通過(guò)對處于W態(tài)（一類(lèi)多體糾纏態(tài)）的三體系統進(jìn)行了充分的分析，展示了不同的量子導引架構。利用所證實(shí)的多體量子導引非單配性的共享關(guān)系，研究者進(jìn)一步實(shí)現了三體真糾纏的實(shí)驗驗證。與常規方法相對比，這種檢測方法只需要更少的測量資源，展現了其高效性。

  這項成果加深了對量子導引物理概念的理解，為基于量子導引單配性的信息協(xié)議提供了全面的分析視角，在多用戶(hù)量子通信、量子網(wǎng)絡(luò )的搭建、多體糾纏檢測中都具有重要的應用前景。