中国学者实现国际上最高效的量子态层析测量

   中国科学技术大学13日消息：该校科研团队及其合作者利用全新量子测量方法，在实验上实现了目前国际上最高效的量子态层析测量。

研究成果4月12日在线发表在国际权威期刊《自然·通讯》上。

量子测量是提取量子系统信息必不可少的手段，因此，探索量子测量的能力和局限性对不确定性关系、非局域性等量子物理基本问题研究以及量子计量、量子成像、引力波探测等应用都具有重要意义。

但是由于量子世界的概率性，为了提取足够多信息，需要对多个相同的量子系统进行测量。研究发现，对量子进行集体测量却比现有的对每份量子系统单独测量能提取更多的信息，从而更高效、更精确地完成各种量子信息任务。

所谓集体测量，是指利用非局域测量(即纠缠测量)对量子系统多份相同拷贝的同时测量。尽管早在二十年前集体测量已被提出并且其重要性得到广泛认可，但是有效实现集体测量却一直被认为是实验上无法完成的事。因此，目前大多数量子信息任务中提取信息的方法仍然停留在对单个量子系统进行局域测量。

中国科学技术大学李传峰等人提出了一种全新量子态集体测量的方法，并在实验上实现了最优的集体测量，在国际上首次把这种确定性集体测量用于单比特量子态层析的实验研究，突破了局域测量的量子精度极限，获得了当前最高效的量子态层析效率。

实验结果表明，集体测量至少可以将层析效率提高50%，而且效率提高幅度随着量子态的纯度以及量子系统拷贝数增加而增加。例如，对于测量2048个相同拷贝的一般纯态，两份拷贝的集体测量效率比目前最优的自适应局域测量方法提高约3倍。

据介绍，这一研究成果提供了一种突破多参数量子精密测量中局域测量的量子精度极限的方法，开创了利用集体测量实现量子信息处理及量子力学基本问题研究的新方向。