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11月22日，中國科大郭光燦院士團隊在高維量子通信研究中取得重要進(jìn)展，該團隊李傳鋒、柳必恒研究組與電子科技大學(xué)王子竹教授、奧地利高小欽博士、Miguel Navascués教授等合作，首次實現(xiàn)了高維量子糾纏態(tài)的最優(yōu)檢測。相關(guān)成果發(fā)表在國際知名期刊《物理評論快報》上。

量子糾纏是量子信息過程的核心資源，如何在實驗上制備和檢測量子糾纏是量子信息領(lǐng)域的基本任務(wù)。然而，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會指數(shù)增長，因而在實驗上不具備可擴展性。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。

針對該困難，研究組與理論合作者們給出了一種最優(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)。為了檢驗該方法的普適性，他們在實驗上巧妙的制備出一系列不同類型的高維量子糾纏態(tài)，并實現(xiàn)了對該量子糾纏態(tài)的局域測量等操作，從而實現(xiàn)最優(yōu)的量子糾纏檢測。實驗結(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)，用新的方法只需采用三組測量基即可認(rèn)證其量子糾纏。

本成果解決了兩體高維糾纏態(tài)的檢測問題，為實現(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打下重要基礎(chǔ)。

文章共同第一作者為中科院量子信息重點實驗室特任副研究員胡曉敏博士和博士研究生邢文博。本研究得到科技部、國家基金委、中國科學(xué)院、安徽省的支持。

圖1. 高維量子糾纏態(tài)的最優(yōu)檢測實驗結(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。

文章鏈接： https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.220501

（中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）