原標(biāo)題:我科學(xué)家在量子糾纏研究中取得重要進(jìn)展
日前,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郁司夏、孫亮亮、周祥與安徽大學(xué)許振朋以及瑞典隆德大學(xué)研究人員合作,發(fā)現(xiàn)原本只是探測糾纏有無的實驗數(shù)據(jù)可以用來估計糾纏大小。團(tuán)隊利用常用糾纏目擊者的平均值,在三類常見的實驗條件下,給出幾乎所有常用糾纏度量下限的估計,將探測糾纏的實驗零代價地提升成為估計糾纏大小的實驗。相關(guān)成果近日發(fā)表于《物理評論快報》。
量子糾纏是量子理論的基礎(chǔ)概念和量子信息中的核心資源,量子糾纏研究的兩大基本任務(wù)是糾纏的檢測和度量。在實驗中,有效的探測和估計糾纏大小是完成多種信息任務(wù)的先決條件,特別是糾纏的大小估計,決定了糾纏這一珍貴資源的使用效能。
糾纏目擊者簡言之就是一個可觀測量,當(dāng)其平均值小于某個閾值時,就可以確定系統(tǒng)糾纏的存在,而任何給定糾纏態(tài)都可以被某個恰當(dāng)?shù)募m纏目擊者所探測到。糾纏目擊者以其要求簡單且探測能力強(qiáng),成為實驗上探測糾纏的首選工具,被應(yīng)用于多種實驗情形下,如器件可信、測量裝置不可信和實驗裝置完全不可信的實驗條件下。但迄今為止,所有的糾纏目擊者通常只是用來探測糾纏的有無,在糾纏的大小估計方面保持沉默。
研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn),糾纏目擊者可以被適當(dāng)?shù)貧w一化成一種距離,這種距離能刻畫在同樣的測量下,給定量子態(tài)所產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)和可分態(tài)所產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)之間的可區(qū)分度,而這可區(qū)分度居于量化糾纏的核心,可以和各種常見的糾纏度量聯(lián)系起來。在器件完全可信條件下,歸一化的糾纏目擊者刻畫了給定狀態(tài)和可分態(tài)的最佳可區(qū)分度,而在實驗裝置完全不可信的條件下,歸一化的糾纏目擊者刻畫了給定狀態(tài)產(chǎn)生的量子關(guān)聯(lián)與可分態(tài)所產(chǎn)生局域關(guān)聯(lián)的最佳可區(qū)分度。在測量裝置不可信的實驗條件下,糾纏目擊者也可類似的歸一化。
最終,無論實驗采用何種實驗條件下的糾纏目擊者,只要能探測到糾纏,實驗者就能夠根據(jù)糾纏目擊者的平均值計算出各種糾纏度量的下界,糾纏目擊者不再沉默。對于多體系統(tǒng),歸一化的糾纏目擊者也可用于估計糾纏深度,即系統(tǒng)至少有多少個粒子是糾纏在一起的。在粒子數(shù)趨近無窮的漸進(jìn)條件下,該方法對某些系統(tǒng)給出基于跡距離的糾纏度量的下界是嚴(yán)格的,即給出準(zhǔn)確的糾纏大小。
審稿人對該團(tuán)隊提出的方法給予了高度評價,認(rèn)為其“以全面的方式解決了一個重要的問題,使得糾纏實驗觸及眾多糾纏度量?!保ㄓ浾叱:印⒍∫圾Q)