中国科学大学实现了真多体非经典量子测量

中国科学技术大学郭光灿院士团队的项国勇、侯志博研究小组和复旦大学朱黄俊研究小组首次将真正的多体非经典从量子状态扩展到量子测量，实验实现了基于二维光量子行走的真正的三体非经典测量，用于三次复制量子状态估计任务;实验保真度超过最佳2，可分别测量11个偏差。5月28日，相关研究成果在《物理评论快报》上在网上发表。

非经典关联是量子世界不同于经典世界的核心特征。它不仅是量子力学的核心基础问题，也是许多量子信息处理任务的关键资源。实现非经典关联的传统方法是对纠缠的量子状态进行局域测量。在多体情况下，非经典关联有多种形式。其中，真正的多体非经典关联不能分解为部分子系统之间的关联，这是多体量子系统中最强的关联，因此备受关注。真正的多体纠缠量子状态可以显示真正的多体非经典关联，在量子非局域测试、量子网络、量子密码和量子精密测量中具有重要价值。

除了量子状态，非经典关联也可以存在于量子测量中。即使被测子系统之间没有关联，量子集体测量也比可分测量具有更强的信息提取能力。这种超越可分测量的信息提取能力只能来自量子测量中的非经典关联。目前，国际实验已经实现了两个复制集体测量，验证了两个非经典测量可以显示出比可分测量更强的信息提取能力。然而，与量子状态中的真正多体关联相比，目前尚不清楚如何判断一个测量是否具有真正的三体非经典关联，以及之前的实验是否已经超越。

在实验中，项国勇研究小组系统地开发了两种复制集体测量技术和两种自适应复制集体测量技术。在此基础上，研究团队进一步采用九步二维光量子行走。通过精心设计30个控制算符，最终实现了最佳真实三个复制集体测量，并将其用于量子状态估计任务。实验获得的保真度比所有两个可分组测量高11个标准偏差。这种前所未有的信息提取能力表明，研究团队在世界上第一次实验中实现了真正的三体量子测量。

这项工作首次建立了真正的三体非经典量子测量理论，并开发了一种基于信息提取能力判断真正的三体非经典量子测量的方法。然后，研究人员进一步开发了两种复制集体测量技术，形成了真正的三种复制集体测量技术，并通过量子状态估计任务验证了超过所有两种可分量子测量的信息提取能力。

据研究人员介绍，这项工作首次展示了量子测量中真正的多体非经典联系，增强了人们对真正的多体非经典联系的理解，为进一步探索真正的多体量子测量的应用和潜力奠定了基础。