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2018-09-13 17:30 |
中科院物理所量子相干度量研究取得進(jìn)展
量子態(tài)具有相干疊加的性質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行深入研究可以加深人們對(duì)量子力學(xué)基本問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，同時(shí)量子信息技術(shù)的快速發(fā)展又賦予了量子相干更多的物理意義。量子光學(xué)中經(jīng)常提到的相干態(tài)就是基于相干疊加原理所構(gòu)成的量子態(tài)。盡管如此，關(guān)于量子相干大小的度量問(wèn)題，研究者只是基于較為直觀的理解，即量子態(tài)密度矩陣非對(duì)角元的大小就對(duì)應(yīng)于相干度的大小。1962年楊振寧提出超導(dǎo)量子相中存在非對(duì)角長(zhǎng)程序，即是指長(zhǎng)程的量子相干性。但是，在量子信息和量子物理研究中，過(guò)去人們只是較為關(guān)注量子糾纏、量子關(guān)聯(lián)等沒(méi)有經(jīng)典對(duì)應(yīng)的非局域性質(zhì)及其大小，而認(rèn)為量子相干可以由經(jīng)典波(比如水波)的性質(zhì)來(lái)進(jìn)行類比，因此量子相干大小的度量問(wèn)題并沒(méi)有引起普遍的關(guān)注�！ �2014年，德國(guó)科學(xué)家提出了基于量子計(jì)算資源理論框架的量子相干度量方案(Phys. Rev. Lett. 113, 140401)，列舉出了作為量子相干度量應(yīng)滿足的一些基本要求，并證明了人們普遍接受的量子態(tài)密度矩陣非對(duì)角元的大小即滿足量子相干度量的所有條件，同時(shí)他們發(fā)現(xiàn)量子態(tài)密度矩陣與僅包含密度矩陣對(duì)角元矩陣的相對(duì)熵也可以用來(lái)衡量量子態(tài)的相干度大小。相比于不同形式的量子關(guān)聯(lián)，量子相干可以描述量子態(tài)更具一般意義的性質(zhì)，并提供更為豐富和復(fù)雜的物理涵義，因此極大地激發(fā)了人們的研究熱情。 ? ` SUQm
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基于量子計(jì)算資源理論框架的量子相干研究已成為近年來(lái)量子信息領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)，進(jìn)展非常迅速，相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)論文也大量涌現(xiàn)。人們的關(guān)注點(diǎn)主要集中在各種量子相干度量及其物理詮釋，量子相干資源與量子糾纏、量子關(guān)聯(lián)資源等的轉(zhuǎn)換機(jī)制，量子相干與波粒二象性及量子相干資源之間的各種互補(bǔ)關(guān)系，量子相干的精餾（提純）與稀釋，量子相干的保持與增強(qiáng)方案等。特別是研究還發(fā)現(xiàn)量子態(tài)的相干大小度量在量子搜索算法、量子計(jì)算、量子計(jì)量學(xué)等實(shí)際問(wèn)題的處理中發(fā)揮著不可替代的作用，同時(shí)它還在量子多體理論、量子熱力學(xué)、量子生物學(xué)等問(wèn)題的研究中具有潛在的應(yīng)用。 x8GJY~:SW
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近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心固態(tài)量子信息與計(jì)算實(shí)驗(yàn)室Q03組研究員范桁團(tuán)隊(duì)對(duì)量子相干度量、調(diào)控和應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，在Physical Review 系列期刊等發(fā)表論文近二十篇，引起了國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注。最近，范桁又與博士后胡明亮、博士生彭益以及山東大學(xué)胡雪元(曾為物理所博士后)、湖南師范大學(xué)王接詞（曾為物理所博士后）、北京計(jì)算科學(xué)中心博士后張煜然（物理所博士畢業(yè)）等在物理學(xué)綜述期刊Physics Reports 發(fā)表了量子相干研究的長(zhǎng)篇綜述。在該綜述中，他們系統(tǒng)總結(jié)了基于資源理論框架的量子相干研究的最新進(jìn)展和主要結(jié)果，展示了量子相干度量的多種形式及其物理實(shí)質(zhì)，剖析了量子相干與量子關(guān)聯(lián)的相互轉(zhuǎn)換機(jī)制、量子相干的精餾和稀釋、量子相干的調(diào)控等問(wèn)題，梳理了量子相干在量子計(jì)算和量子信息處理、量子計(jì)量學(xué)、量子多體系統(tǒng)研究方面的最新進(jìn)展，討論了相對(duì)論框架下量子相干研究方面的主要結(jié)果，并對(duì)該領(lǐng)域?qū)?lái)的發(fā)展方向和存在的問(wèn)題進(jìn)行了深入分析和展望，這些工作將對(duì)該領(lǐng)域的進(jìn)一步深入發(fā)展起到重要的引領(lǐng)和指導(dǎo)作用，綜述文章近期已在線發(fā)表。 (a9d/3M
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