中科大：實現(xiàn)兩量子比特和四量子比特糾纏態(tài)的可伸縮量子態(tài)驗證！

2020-10-28 18:55 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

量子信息是將信息編碼成量子態(tài)的場，利用這些狀態(tài)的“量子性”，科學家可以比經(jīng)典計算機進行更有效的計算和更安全的密碼學。由中國科學院中國科技大學(USTC)郭光燦教授領導的一個團隊，

在實驗上實現(xiàn)了非自適應局域測量對兩量子比特和四量子比特糾纏態(tài)的可伸縮量子態(tài)驗證，其研究成果發(fā)表在《物理評論快報》期刊上。將量子系統(tǒng)初始化為某種狀態(tài)是量子信息科學的一個重要方面。

雖然已經(jīng)開發(fā)了各種測量策略來表征系統(tǒng)初始化的程度，但對于給定的策略，通常在其效率和量子態(tài)的可訪問信息之間存在權衡。傳統(tǒng)的量子狀態(tài)層析成像可以表征未知狀態(tài)，同時需要非常昂貴的耗時后處理?，F(xiàn)在新的理論突破表明，量子態(tài)驗證提供了一種用明顯較少的樣本來量化預備態(tài)的技術，特別是對于多體糾纏態(tài)。在郭光燦教授領導的研究中，對于所有被測試的態(tài)，估計的不保真度與樣本數(shù)量成反比：

這說明了用少量樣本來表征量子態(tài)的能力，與需要非局部測量的全局最優(yōu)策略相比，實驗效率只差了一個小的常數(shù)因子(<2.5)。研究通過實驗對四光子Greenberger-Horne-Zeilinger態(tài)進行了表征，比較了量子態(tài)驗證和量子態(tài)層析的性能差異，結果表明量子態(tài)驗證在效率和精度上都具有優(yōu)勢。中科大在實驗上實現(xiàn)了一種最優(yōu)量子態(tài)驗證(QSV)，這種驗證易于實現(xiàn)，并且對現(xiàn)實中的缺陷具有很強的魯棒性。

研究展示的1/n縮放結果來自策略本身，沒有糾纏或自適應測量。其研究結果對許多量子測量任務都有明確的啟示，并可能為后續(xù)更復雜的量子系統(tǒng)奠定堅實的基礎。將量子系統(tǒng)初始化為某種狀態(tài)是量子信息科學的一個重要方面。雖然已經(jīng)開發(fā)了各種測量策略來表征系統(tǒng)初始化的程度，但對于給定的策略，通常在其效率和量子態(tài)的可訪問信息之間存在權衡。

量子態(tài)驗證提供了一種用明顯較少的樣本來量化預備態(tài)的技術，特別是對于多體糾纏態(tài)。研究修改了原來的方案，使其對實際缺陷具有魯棒性，并在實驗上實現(xiàn)了對具有非自適應局域測量的兩量子比特和四量子比特糾纏態(tài)的可擴展量子態(tài)驗證。通過實驗對四光子格林伯格-霍恩-澤林格態(tài)進行了表征，比較了量子態(tài)驗證和量子態(tài)層析的性能差異，結果表明量子態(tài)驗證在效率和精度上都具有優(yōu)勢。