多體量子導引新特征獲驗證 有助多用戶量子網絡搭建

記者3月27日從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、許金時、孫凱等人對多體量子導引的關系結構進行了實驗研究，首次觀測到多體量子導引的非單配性共享關系，即其中一方的量子態(tài)可以被另外兩方同時導引。這項研究成果日前發(fā)表在國際物理學期刊《物理評論快報》上。

量子導引描述了一個粒子通過局域測量影響另一個粒子量子態(tài)的能力。作為一種量子非局域現象，量子導引擁有獨特的非對稱性質，能進一步實現單向量子導引，即一方可以導引另一方，反過來卻不行。在多體量子導引的研究中，單配性關系會限制量子導引在個體之間的分享能力，使得一方不能同時被其他參與方導引。理論研究表明，在增加測量方向的情況下，多體量子導引會出現違背單配性的現象，展示出多體之間豐富的導引共享關系結構。為了驗證這種非單配性共享關系，需要能夠對多體量子系統(tǒng)進行任意測量，這就要求制備具有高保真度的多體糾纏量子比特系統(tǒng)。

在前期研究基礎上，研究組進一步利用光子的偏振、路徑和軌道角動量三個自由度，構建了三量子比特系統(tǒng)，制備了一系列的三體糾纏態(tài)，平均保真度達到96%。通過拓展量子導引的不確定關系判據，研究者研究了多體量子導引的非單配性共享關系。實驗結果表明，在三體量子系統(tǒng)中，一方的量子態(tài)可以被另外兩方同時導引，這種現象違背了傳統(tǒng)的單配性關系，證實了多體量子導引的共享性質。研究組通過對處于W態(tài)（一類多體糾纏態(tài)）的三體系統(tǒng)進行了充分的分析，展示了不同的量子導引架構。利用所證實的多體量子導引非單配性的共享關系，研究者進一步實現了三體真糾纏的實驗驗證。與常規(guī)方法相對比，這種檢測方法只需要更少的測量資源，展現了其高效性。

這項成果加深了對量子導引物理概念的理解，為基于量子導引單配性的信息協(xié)議提供了全面的分析視角，在多用戶量子通信、量子網絡的搭建、多體糾纏檢測中都具有重要的應用前景。