中國科大實現高維量子糾纏態的最優檢測

近日，中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦團隊在高維量子通信研究中取得重要進展。該團隊李傳鋒、柳必恒研究組與電子科技大學教授王子竹，以及奧地利科學院博士高小欽與教授Miguel Navascués等合作，首次實現了高維量子糾纏態的最優檢測。

　　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域的基本任務。隨著系統維度數和粒子數的增加，量子態層析技術這種傳統的檢測量子糾纏態的方法消耗的資源將指數增長，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，保真度達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，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。為了檢驗該方法的普適性，科研人員在實驗上巧妙地制備出一系列不同類型的高維量子糾纏態，實現了對該量子糾纏態的局域測量等操作，從而達成最優的量子糾纏檢測。實驗結果表明，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，使用新的方法只需采用三組測量基即可認證其量子糾纏。

　　該成果解決了兩體高維糾纏態的檢測問題，為實現各種高維量子信息過程和研究高維系統中的量子物理基本問題奠定了重要基礎。

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