我校郭光燦院士團隊在量子測量的基礎(chǔ)研究中取得重要實驗進展。該團隊李傳鋒、項國勇、侯志博研究組與復(fù)旦大學(xué)朱黃俊教授合作，首次實驗演示一組不等價的相互無偏量子測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)表在國際權(quán)威期刊《物理評論快報》上。

基于相互無偏基的量子測量，又稱為相互無偏測量或互補測量，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。如果兩組相互無偏基不能通過酉變換相互轉(zhuǎn)換，則稱他們不等價。這種不等價性長期作為一個有趣的理論問題被研究人員關(guān)注，然而這種不等價性是否具有實際意義缺知之甚少。

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

圖1.區(qū)分不等價相互無偏基的基本思想。

圖2.不等價相互無偏測量得到的三拷貝量子態(tài)估計保真度

中科院量子信息重點實驗室博士生鄢雯哲和復(fù)旦大學(xué)博士生李蘊婷為論文共同第一作者，通訊作者為我校項國勇教授，侯志博教授和復(fù)旦大學(xué)朱黃俊教授。該項研究得到了科技部、國家自然科學(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實驗室、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）