來源：中國科大新聞網

我校郭光燦院士團隊近期在量子信息基礎研究中取得重要進展。該團隊李傳鋒、許金時、孫凱等人對多體量子導引的關系結構進行了實驗研究，首次觀測到多體量子導引的非單配性共享關系，即其中一方的量子態(tài)可以被另外兩方同時導引。這項研究成果于3月24日發(fā)表在國際知名物理學期刊《物理評論快報》上。

量子導引描述了一個粒子通過局域測量影響另一個粒子量子態(tài)的能力。作為一種量子非局域現象，量子導引擁有獨特的非對稱性質，能進一步實現單向量子導引，即一方可以導引另一方，反過來卻不行。在多體量子導引的研究中，單配性關系會限制量子導引在個體之間的分享能力，使得一方不能同時被其他參與方導引。然而，理論研究表明，在增加測量方向的情況下，多體量子導引會出現違背單配性的現象，展示出多體之間豐富的導引共享關系結構。為了實驗驗證這種非單配性共享關系，我們需要能夠對多體量子系統(tǒng)進行任意測量，這就要求我們制備具有高保真度的多體糾纏量子比特系統(tǒng)。

基于光學平臺，李傳鋒、許金時、孫凱等人近年來系統(tǒng)地開展了量子導引的實驗研究，包括全對無（all-versus-nothing）量子導引的驗證[PRL 113, 140402 (2014)]、單向量子導引的實現[PRL 116, 160404 (2016); PRL 118, 140404 (2017)]等。在本工作中，研究組進一步利用光子的偏振、路徑和軌道角動量三個自由度，構建了三量子比特系統(tǒng)，制備了一系列的三體糾纏態(tài)，平均保真度達到96%。研究組通過拓展量子導引的不確定關系判據，研究了多體量子導引的非單配性共享關系。實驗結果表明，在三體量子系統(tǒng)中，一方的量子態(tài)可以被另外兩方同時導引，這種現象違背了傳統(tǒng)的單配性關系，證實了多體量子導引的共享性質。研究組通過對處于W態(tài)（一類多體糾纏態(tài)）的三體系統(tǒng)進行了充分的分析，展示了不同的量子導引架構。利用所證實的多體量子導引非單配性的共享關系，研究組進一步實現了三體真糾纏的實驗驗證。與常規(guī)方法相對比，這種檢測方法只需要更少的測量資源，展現了其效率性。

圖1，三體系統(tǒng)中的量子導引結構。其中不帶叉箭頭表示一方可以導引另一方，帶叉箭頭表示一方不可以導引另一方。a.量子導引的單配性關系結構。任何一方不能被另外兩方同時導引；b.違背單配性的共享關系結構。某一方可以被另外兩方同時導引。

這項成果展示了量子導引在多體系統(tǒng)中豐富的關系結構，加深了對量子導引物理概念的理解，對量子信息基礎研究具有重要意義。同時該工作為基于量子導引單配性的信息協議提供了多面的分析視角，在多用戶量子通信、量子網絡的搭建、多體糾纏檢測中都具有重要的應用前景。

中科院量子信息重點實驗室博士研究生郝澤琰為該工作第一作者。本研究得到科技部、國家基金委、中國科學院、安徽省的支持。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.128.120402

（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、科研部）