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我实验室李传锋、许金时等在子通道鉴别任务中验证量子导引

发布时间:2018-02-24
    我实验室在量子导引研究方面取得重要进展:李传锋、许金时教授研究组与其合作者,在子通道鉴别任务中实验验证了量子导引(Einstein-Podolsky-Rosen steering),展现了量子导引在量子信息任务中的实际应用价值。这项研究成果于2018年2月19日在线发表在量子信息学期刊《npj Quantum Information》上。

    量子通道,即量子演化过程,可以精细化地分解为一系列的子通道,而鉴别这些子通道可以揭示更多的量子演化细节。理论研究证明,利用子通道鉴别方案可以充要地表征量子导引这一量子非局域现象。如果利用两比特量子态的鉴别成功率比使用所有单比特量子态的成功率高,则这个两比特量子态可实现量子导引;反之,如果两比特量子态的成功率不超过单比特量子态成功率的上限,则该两比特量子态是不可量子导引态。

    李传锋、许金时等人对量子导引现象进行了系统的研究,包括实现了非此即彼框架下量子导引的实验验证[PRL 113, 140402 (2014)],实验度量了量子导引大小并进一步实现单向量子导引[PRL 116, 160404 (2016);PRL 118, 140404 (2017)]。以上工作主要研究了量子导引的度量和性质等方面。而在本项工作中,研究组更为深入地研究了量子导引在量子信息任务中的具体应用。在理论上,研究组构建了一组可实验实现的量子子通道,并证明了对应的子通道鉴别方案可以充要地表征两比特Werner态的量子导引特性;在实验上,研究组基于光学系统制备了一系列的Werner态并利用Sagnac干涉仪搭建了子通道,实验证实了可导引量子态的鉴别成功率比使用单比特时的成功率更高、不能量子导引的态(即使是纠缠态)的成功率无法超越单比特方案成功率的上限。

 

    图1子通道鉴别方案示意图。a 量子通道可分解为一系列的子通道;b 利用纠缠破坏通道实现Kraus算子;c 使用单比特量子态的子通道鉴别方案;d 两比特量子态的子通道鉴别方案。 


    这项工作在具体的量子信息任务中验证了量子导引并操作性地区分了量子导引和量子纠缠,为研究量子非局域特性提供了新的思路。

    该论文共同第一作者是孙凯特任副研究员(实验)和叶向军特任副研究员(理论)。上述研究得到科技部、国家基金委、安徽省和中国科学院的支持。


文章链接:https://www.nature.com/articles/s41534-018-0067-1