中国科大实现高维量子纠缠态的最优检测

近日，中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队在高维量子通信研究中取得重要进展。该团队李传锋、柳必恒研究组与电子科技大学教授王子竹，以及奥地利科学院博士高小钦与教授Miguel Navascués等合作，首次实现了高维量子纠缠态的最优检测。

　　量子纠缠是量子信息过程的核心资源，如何在实验上制备和检测量子纠缠是量子信息领域的基本任务。随着系统维度数和粒子数的增加，量子态层析技术这种传统的检测量子纠缠态的方法消耗的资源将指数增长，在实验上不具备可扩展性。为了解决高维纠缠检测这一难题，研究组曾利用基于保真度的纠缠目击方法检测了32维的两体最大纠缠态，保真度达到了世界上最高水平【Phys. Rev. Lett. 125, 090503 (2020)】。然而，对于常见的非最大高维纠缠态，基于保真度的纠缠目击方法并不普适。

　　针对这一困难，研究组与理论合作者提出了一种最优的量子纠缠检测方法，该方法适用于所有的两体量子纠缠态。为了检验该方法的普适性，科研人员在实验上巧妙地制备出一系列不同类型的高维量子纠缠态，实现了对该量子纠缠态的局域测量等操作，从而达成最优的量子纠缠检测。实验结果表明，对于四维或三维的不能采用基于保真度的纠缠目击方法检测的量子纠缠态，使用新的方法只需采用三组测量基即可认证其量子纠缠。

　　该成果解决了两体高维纠缠态的检测问题，为实现各种高维量子信息过程和研究高维系统中的量子物理基本问题奠定了重要基础。

　　相关研究成果发表在《物理评论快报》上。研究工作得到科技部、国家自然科学基金委、中科院、安徽省的支持。