多體系統中量子態可被同時導引特性獲實驗驗證

中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、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可以被另外兩方同時導引。這項研究成果日前發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。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，需要能夠對多體量子系統進行任意測量，這就要求制備具有高保真度的多體糾纏量子比特系統。

在前期研究基礎上，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，制備了一系列的三體糾纏態，平均保真度達到96%。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，在三體量子系統中，一方的量子態可以被另外兩方同時導引，這種現象違背了傳統的單配性關系，證實了多體量子導引的共享性質。研究組通過對處于W態（一類多體糾纏態）的三體系統進行了充分的分析，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，進一步實現了三體真糾纏的實驗驗證。與常規方法相對比，這種檢測方法只需要更少的測量資源，展現了其高效性。