中國科大首次實驗驗證量子導引橢球

我校郭光燦院士團隊在量子力學基礎研究方麵取得重要進展。該團隊李傳(chuan) 鋒、黃運鋒研究組與(yu) 澳大利亞(ya) 合作者首次實驗驗證了量子導引橢球，並檢驗了其體(ti) 積單配性。該項研究成果2019年2月22日發表在國際權威物理學期刊《物理評論快報》上。

量子導引（steering）的概念最早由薛定諤提出，它描述了兩(liang) 個(ge) 觀測者Alice和Bob共享一個(ge) 量子糾纏態時，Alice對其量子比特做測量可以將Bob的量子比特製備到任意想要的量子態上。量子非局域性是量子係統獨有的特性，而量子導引則是目前被廣泛研究的一類量子非局域性。

在共享的量子態不理想，或者多方共享量子態的情況下，Alice將不能將Bob的係統導引到任意的量子態上。此時Alice所能導引Bob的量子態的集合在Bloch表示下將構成一個(ge) 橢球。我們(men) 知道單比特量子態可以可視化地表示為(wei) Bloch球中的一個(ge) 矢量，而量子導引橢球則為(wei) 兩(liang) 比特量子態提供了一個(ge) 簡單的可視化表示方法。在多方共享量子態的情況下，量子導引橢球具有體(ti) 積單配性。例如Alice, Bob和Charlie共享一個(ge) 三比特糾纏純態，則Alice導引Bob和Alice導引Charlie的橢球體(ti) 積存在一個(ge) 簡潔的單配關(guan) 係，即改變參數使一個(ge) 導引橢球的體(ti) 積變大時，另一個(ge) 導引橢球的體(ti) 積則會(hui) 變小。

李傳(chuan) 鋒研究組通過巧妙設計實驗光路，在光學係統中製備出參數可調的三比特量子糾纏態，通過調節參數可以製備出不同類型的糾纏態，是驗證量子導引橢球及檢驗其體(ti) 積單配性的理想平台。實驗中，研究組利用光子的偏振和路徑自由度製備出了高純度（~99%）高計數率（6000/s）的三比特糾纏純態，實驗驗證了糾纏純態的導引橢球體(ti) 積的單配性。研究組進一步製備出三比特混態，實驗證實利用混態可以大幅度違背純態的體(ti) 積單配關(guan) 係，即純態的體(ti) 積單配關(guan) 係對混態不再適用。並驗證混態仍然滿足理論合作者提出的更弱的體(ti) 積單配關(guan) 係。

由於(yu) 橢球的體(ti) 積不依賴於(yu) 參考係的選擇，所以本工作不僅(jin) 加深了人們(men) 對量子導引這一非局域性的理解，也為(wei) 量子導引橢球作為(wei) 一種參考係無關(guan) 的量子關(guan) 聯診斷工具打下重要基礎。