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 近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組與電子科技大學(xué)王子竹教授、奧地利高小欽博士、Miguel Navascués教授等合作，首次實(shí)現(xiàn)高維量子糾纏態(tài)的最優(yōu)檢測。相關(guān)成果日前發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。

量子糾纏是量子信息過程的核心資源。如何在實(shí)驗(yàn)上制備和檢測量子糾纏，是量子信息領(lǐng)域的基本任務(wù)。

　　然而，隨著系統(tǒng)維度數(shù)和粒子數(shù)的增加，傳統(tǒng)的量子態(tài)層析技術(shù)這種檢測量子糾纏態(tài)的方法，消耗的資源將會指數(shù)增長，因而在實(shí)驗(yàn)上不具備可擴(kuò)展性。

　　為了解決高維糾纏檢測這一難題，該研究組曾利用基于保真度的糾纏目擊方法檢測 32 維的兩體最大糾纏態(tài)，保真度達(dá)到了世界最高水平。然而，對于常見的非最大高維糾纏態(tài)，基于保真度的糾纏目擊方法并不適合。

　　近期，該研究組與理論合作者提出一種適用于所有兩體量子糾纏態(tài)的最優(yōu)量子糾纏檢測方法。

　　所謂最優(yōu)檢測，是指在任意給定態(tài)和測量基的情況下，所采用的方法能給出最緊的糾纏態(tài)邊界，區(qū)分目標(biāo)態(tài)是否糾纏的能力最強(qiáng)。

　　為了檢驗(yàn)該方法的普適性，他們在實(shí)驗(yàn)上巧妙制備出一系列不同類型的高維量子糾纏態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對該量子糾纏態(tài)的局域測量等操作，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)量子糾纏檢測。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對于四維或三維的不能采用基于保真度的糾纏目擊方法檢測的量子糾纏態(tài)，用新的方法只需采用 3 組測量基即可認(rèn)證其量子糾纏。

圖 1. 高維量子糾纏態(tài)的最優(yōu)檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（a）和(b)是兩種不同的非最大糾纏態(tài)。圖中綠色區(qū)域中的糾纏態(tài)不能用基于保真度的糾纏目擊方法檢測。

　　這一成果解決了兩體高維糾纏態(tài)的檢測問題，為實(shí)現(xiàn)各種高維量子信息過程和研究高維系統(tǒng)中的量子物理基本問題打下重要基礎(chǔ)。