多體量子導(dǎo)引新特征獲驗證 有助多用戶量子網(wǎng)絡(luò)搭建

記者3月27日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(dǎo)引的關(guān)系結(jié)構(gòu)進行了實驗研究，首次觀測到多體量子導(dǎo)引的非單配性共享關(guān)系，即其中一方的量子態(tài)可以被另外兩方同時導(dǎo)引。這項研究成果日前發(fā)表在國際物理學(xué)期刊《物理評論快報》上。

量子導(dǎo)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(xiàn)象，量子導(dǎo)引擁有獨特的非對稱性質(zhì)，能進一步實現(xiàn)單向量子導(dǎo)引，即一方可以導(dǎo)引另一方，反過來卻不行。在多體量子導(dǎo)引的研究中，單配性關(guān)系會限制量子導(dǎo)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(dǎo)引。理論研究表明，在增加測量方向的情況下，多體量子導(dǎo)引會出現(xiàn)違背單配性的現(xiàn)象，展示出多體之間豐富的導(dǎo)引共享關(guān)系結(jié)構(gòu)。為了驗證這種非單配性共享關(guān)系，需要能夠?qū)Χ囿w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(chǔ)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(gòu)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(dǎo)引的不確定關(guān)系判據(jù)，研究者研究了多體量子導(dǎo)引的非單配性共享關(guān)系。實驗結(jié)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(dǎo)引，這種現(xiàn)象違背了傳統(tǒng)的單配性關(guān)系，證實了多體量子導(dǎo)引的共享性質(zhì)。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(dǎo)引架構(gòu)。利用所證實的多體量子導(dǎo)引非單配性的共享關(guān)系，研究者進一步實現(xiàn)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(xiàn)了其高效性。

這項成果加深了對量子導(dǎo)引物理概念的理解，為基于量子導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)的搭建、多體糾纏檢測中都具有重要的應(yīng)用前景。