中國科大首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)量子糾纏態(tài)自檢驗(yàn)
中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊(duì)在量子信息領(lǐng)域研究中取得新進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、陳耕等人在測量設(shè)備不可信條件下實(shí)驗(yàn)獲知了未知量子糾纏態(tài)保真度信息，首次在國際上實(shí)現(xiàn)了量子糾纏態(tài)的自檢驗(yàn)。該研究成果于12月13日發(fā)表在國際期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上�！ � \B&6TeR
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量子糾纏是量子信息領(lǐng)域的重要資源。學(xué)術(shù)界通常采用量子態(tài)層析的辦法來測定量子糾纏態(tài)，這種方法類似于醫(yī)院中的CT掃描。通過量子態(tài)層析可以重構(gòu)出糾纏態(tài)的形式，進(jìn)而獲得糾纏態(tài)的保真度等重要信息。然而量子態(tài)層析方法依賴于測量設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性，不能用于對(duì)安全性有要求的量子信息任務(wù)。為解決這一問題，科學(xué)家們提出了基于貝爾不等式違背的糾纏度量方法。對(duì)于兩體兩維糾纏態(tài)來說，貝爾不等式的最大違背可以達(dá)到2根號(hào)2。一個(gè)逆向思維理論就是，如果在貝爾不等式實(shí)驗(yàn)中觀察到2根號(hào)2的違背，可以認(rèn)為測試的量子態(tài)就是最大糾纏態(tài)的等價(jià)形式，這被稱為糾纏態(tài)的自檢驗(yàn)。更重要的是，貝爾不等式的檢驗(yàn)無需精確知道雙方測量設(shè)備的測量基，只需任意改變設(shè)置獲得經(jīng)典的關(guān)聯(lián)概率。將這種理論用于實(shí)際糾纏態(tài)自檢驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵問題是，當(dāng)觀察到的貝爾不等式違背值小于2根號(hào)2時(shí)，觀察者對(duì)未知態(tài)的糾纏特性可以做出什么樣的描述。這種描述可以定量為相對(duì)于最大糾纏態(tài)的保真度的最低可能值，即以觀察到的實(shí)際違背值為自變量的保真度下限。這個(gè)下限越優(yōu)，可以給出的保真度越高，也就具有更好的魯棒性。 GmbIFOT~
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科學(xué)界針對(duì)不同形式的量子糾纏態(tài)自檢驗(yàn)，已經(jīng)做了大量的理論工作，然而相關(guān)的實(shí)驗(yàn)工作一直是空白。李傳鋒、陳耕等人巧妙設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了兩比特和三比特量子糾纏態(tài)自檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)不同形式的量子糾纏態(tài)，在測量設(shè)備無關(guān)情形下獲得了未知量子態(tài)的保真度信息，并和量子態(tài)層析的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，證實(shí)了自檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性。這是國際上首個(gè)具有最優(yōu)魯棒性的糾纏態(tài)自檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，為把自檢驗(yàn)推廣應(yīng)用于各種量子信息過程打下重要基礎(chǔ)。 (zC
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圖1.多種形式糾纏態(tài)產(chǎn)生和自檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置 87<9V.s 2
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圖2.兩光子糾纏態(tài)的自檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 !}5*?k
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文章第一作者為博士研究生張文豪。該工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院和量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。（文章來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)） 4uUs7T
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文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.240402
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