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中科大:实现两量子比特和四量子比特纠缠态的可伸缩量子态验证

2020/7/28 2:31:27 来源:原创 浏览:

量子信息是将信息编码成量子态的场,利用这些状态的“量子性”,科学家可以比经典计算机进行更有效的计算和更安全的密码学。由中国科学院中国科技大学(USTC)郭光灿教授领导的一个团队,在实验上实现了非自适应局域测量对两量子比特和四量子比特纠缠态的可伸缩量子态验证,其研究成果发表在《物理评论快报》期刊上。将量子系统初始化为某种状态是量子信息科学的一个重要方面。

虽然已经开发了各种测量策略来表征系统初始化的程度,但对于给定的策略,通常在其效率和量子态的可访问信息之间存在权衡。传统的量子状态层析成像可以表征未知状态,同时需要非常昂贵的耗时后处理。现在新的理论突破表明,量子态验证提供了一种用明显较少的样本来量化预备态的技术,特别是对于多体纠缠态。在郭光灿教授领导的研究中,对于所有被测试的态,估计的不保真度与样本数量成反比:

这说明了用少量样本来表征量子态的能力,与需要非局部测量的全局最优策略相比,实验效率只差了一个小的常数因子(<2.5)。研究通过实验对四光子Greenberger-Horne-Zeilinger态进行了表征,比较了量子态验证和量子态层析的性能差异,结果表明量子态验证在效率和精度上都具有优势。中科大在实验上实现了一种最优量子态验证(QSV),这种验证易于实现,并且对现实中的缺陷具有很强的鲁棒性。

研究展示的1/n缩放结果来自策略本身,没有纠缠或自适应测量。其研究结果对许多量子测量任务都有明确的启示,并可能为后续更复杂的量子系统奠定坚实的基础。将量子系统初始化为某种状态是量子信息科学的一个重要方面。虽然已经开发了各种测量策略来表征系统初始化的程度,但对于给定的策略,通常在其效率和量子态的可访问信息之间存在权衡。

量子态验证提供了一种用明显较少的样本来量化预备态的技术,特别是对于多体纠缠态。研究修改了原来的方案,使其对实际缺陷具有鲁棒性,并在实验上实现了对具有非自适应局域测量的两量子比特和四量子比特纠缠态的可扩展量子态验证。通过实验对四光子格林伯格-霍恩-泽林格态进行了表征,比较了量子态验证和量子态层析的性能差异,结果表明量子态验证在效率和精度上都具有优势。

博科园|研究/来自:中国科学院/中国科技大学

参考期刊《物理评论快报》

DOI: 10.1103/physrevlett.125.030506

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