中國科大量子測量重要進(jìn)展：首次使用糾纏測量將熱力學(xué)系統(tǒng)反作用極小化

來自中國科大的消息顯示，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊李傳鋒、項(xiàng)國勇研究組與德國、意大利以及瑞士的理論物理學(xué)者合作，在光子系統(tǒng)中首次實(shí)驗(yàn)使用糾纏集體測量將量子比特?zé)崃W(xué)系統(tǒng)中投影測量的反作用降至最小。

據(jù)了解，對演化的相干量子系統(tǒng)上的一個可觀測量進(jìn)行兩次投影測量時，第一次測量通常會改變第二次測量的統(tǒng)計信息，這就是所謂的測量反作用。其根源在于量子投影測量會完全破壞量子系統(tǒng)的量子疊加性。

圖1：實(shí)驗(yàn)原理圖與實(shí)驗(yàn)裝置圖

國外研究人員指出，在不違背量子熱力學(xué)的基本漲落理論的前提下，我們無法設(shè)計出一個測量方案完全避免反作用，但我們可以通過集體測量的方式來減少投影測量帶來的反作用的程度?；谝陨系睦碚摻Y(jié)果，中國科大研究團(tuán)隊于2019年首次在實(shí)驗(yàn)上利用量子集體測量成功觀測到測量反作用力的減小。

先前的工作所使用的集體測量均為可分離量子集體測量，那么是否存在糾纏的集體測量超越我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的反作用減少程度呢？

中國科大研究團(tuán)隊就兩比特情形下，對最優(yōu)化的集體測量形式進(jìn)行了深入的研究，他們發(fā)現(xiàn)在理論上存在一個最優(yōu)的糾纏集體測量，能在兩比特系統(tǒng)中使反作用達(dá)到最小，并且在強(qiáng)相干演化的情形下，其反作用可被壓制為0。

圖2：實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對不同初始量子態(tài)和演化過程，利用糾纏集體測量實(shí)現(xiàn)反作用力的減小。

基于這一研究發(fā)現(xiàn)，他們利用單光子的多個自由度結(jié)合光量子行走的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，設(shè)計并以高達(dá)0.985的保真度實(shí)現(xiàn)了該糾纏測量，成功地在實(shí)驗(yàn)上把投影測量反作用降至最小。

據(jù)悉，相關(guān)研究成果于2020年11月16日發(fā)表在國際知名期刊《物理評論快報》上。審稿人稱，“該實(shí)驗(yàn)執(zhí)行得很好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理想實(shí)現(xiàn)的預(yù)期非常接近。總的來說，我發(fā)現(xiàn)這篇文章是對量子反作用這一主題的一個非常吸引人貢獻(xiàn)，是新理論和完美實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的成功結(jié)合”，“這項(xiàng)工作是該領(lǐng)域的一項(xiàng)重大進(jìn)展”，該工作對集體測量以及量子熱力學(xué)的研究具有重要意義。

責(zé)任編輯：PSY