近日，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(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)教授王子竹，以及奧地利科學(xué)院博士高小欽與教授Miguel Navascués等合作，首次實(shí)現(xiàn)了高維量子糾纏態(tài)的最優(yōu)檢測。

　　量子糾纏是量子信息過程的核心資源，如何在實(shí)驗(yàn)上制備和檢測量子糾纏是量子信息領(lǐng)域的基本任務(wù)。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)的檢測量子糾纏態(tài)的方法消耗的資源將指數(shù)增長，在實(shí)驗(yàn)上不具備可擴(kuò)展性。為了解決高維糾纏檢測這一難題，研究組曾利用基于保真度的糾纏目擊方法檢測了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【Phys. Rev. Lett. 125, 090503 (2020)】。然而，對于常見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。

　　針對這一困難，研究組與理論合作者提出了一種最優(yōu)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(tài)。為了檢驗(yàn)該方法的普適性，科研人員在實(shí)驗(yàn)上巧妙地制備出一系列不同類型的高維量子糾纏態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對該量子糾纏態(tài)的局域測量等操作，從而達(dá)成最優(yōu)的量子糾纏檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(tài)，使用新的方法只需采用三組測量基即可認(rèn)證其量子糾纏。

　　該成果解決了兩體高維糾纏態(tài)的檢測問題，為實(shí)現(xiàn)各種高維量子信息過程和研究高維系統(tǒng)中的量子物理基本問題奠定了重要基礎(chǔ)。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上。研究工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院、安徽省的支持。

　　論文鏈接 

高維量子糾纏態(tài)的最優(yōu)檢測實(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