我校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子測(cè)量的基礎(chǔ)研究中取得重要實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、項(xiàng)國(guó)勇、侯志博研究組與復(fù)旦大學(xué)朱黃俊教授合作，首次實(shí)驗(yàn)演示一組不等價(jià)的相互無(wú)偏量子測(cè)量具有不同信息提取能力。該研究成果于2024年2月21日在線發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

基于相互無(wú)偏基的量子測(cè)量，又稱為相互無(wú)偏測(cè)量或互補(bǔ)測(cè)量，在基礎(chǔ)研究和量子信息處理中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。如果兩組相互無(wú)偏基不能通過(guò)酉變換相互轉(zhuǎn)換，則稱他們不等價(jià)。這種不等價(jià)性長(zhǎng)期作為一個(gè)有趣的理論問(wèn)題被研究人員關(guān)注，然而這種不等價(jià)性是否具有實(shí)際意義缺知之甚少。

項(xiàng)國(guó)勇研究組采用近年來(lái)著力發(fā)展的高精度多拷貝光量子精密測(cè)量平臺(tái)[Nat. Commun. 9,1(2018); PRL 124,060502(2020); PRL 125,020501(2020); PRL 126,070503(2021); PRL 128,020502(2022)]，在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了四維空間中不等價(jià)的相互無(wú)偏基測(cè)量基在三拷貝量子態(tài)實(shí)際測(cè)量問(wèn)題中具有不同信息提取能力。實(shí)驗(yàn)中采用相互無(wú)偏基測(cè)量基進(jìn)行量子態(tài)信息提取，用保真度來(lái)衡量信息提取能力，因此保真度和互相無(wú)偏測(cè)量基的其內(nèi)稟性質(zhì)相關(guān)。隨著相互無(wú)偏基選取的不同，實(shí)驗(yàn)得到的最大保真度與最小保真度相差約4%，與理論預(yù)測(cè)的平均偏差僅為0.16%，這清楚地展示出不等價(jià)的相互無(wú)偏基具備不同信息提取能力。這項(xiàng)研究標(biāo)志著不等價(jià)相互無(wú)偏基的研究從理論跨入實(shí)際，在量子態(tài)估計(jì)、糾纏檢測(cè)和量子通信等諸多量子信息處理任務(wù)具有潛在應(yīng)用價(jià)值。

圖1.區(qū)分不等價(jià)相互無(wú)偏基的基本思想。

圖2.不等價(jià)相互無(wú)偏測(cè)量得到的三拷貝量子態(tài)估計(jì)保真度

中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生鄢雯哲和復(fù)旦大學(xué)博士生李蘊(yùn)婷為論文共同第一作者，通訊作者為我校項(xiàng)國(guó)勇教授，侯志博教授和復(fù)旦大學(xué)朱黃俊教授。該項(xiàng)研究得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院和教育部的支持。

論文鏈接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.080202

（中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、物理學(xué)院、科研部）