研究發現糾纏目擊者可估計量子糾纏大小

中國科學技術大學郁司夏、孫亮亮、周祥與安徽大學許振朋、隆德大學Armin Tavakoli等合作，發現原本只是探測糾纏有無的實驗數據可以用來估計糾纏大小。團隊利用常用糾纏目擊者的平均值，在3類常見的實驗條件下，給出幾乎所有常用糾纏度量下限的估計，將探測糾纏的實驗零代價地提升成為估計糾纏大小的實驗。相關成果近日發表于《物理評論快報》。

量子糾纏是量子理論的基礎概念和量子信息中的核心資源，量子糾纏研究的兩大基本任務是糾纏的檢測和度量。在實驗中，有效的探測和估計糾纏大小是完成多種信息任務的先決條件，特別是糾纏的大小估計，決定了糾纏這一珍貴資源的使用效能。

糾纏目擊者簡言之就是一個可觀測量，當其平均值小于某個閾值時，就可以確定系統糾纏的存在，而任何給定糾纏態都可以被某個恰當的糾纏目擊者所探測到。糾纏目擊者以其要求簡單且探測能力強，成為實驗上探測糾纏的首選工具，被應用于多種實驗情形下，如器件可信、測量裝置不可信和實驗裝置完全不可信的實驗條件下。但迄今為止，所有的糾纏目擊者通常只是用來探測糾纏的有無，在糾纏的大小估計方面保持沉默。

研究團隊發現，糾纏目擊者可以被適當地歸一化成一種距離，這種距離能刻畫在同樣的測量下，給定量子態所產生的實驗數據和可分態所產生的實驗數據之間的可區分度，而這個可區分度居于量化糾纏的核心，可以和各種常見的糾纏度量聯系起來。在器件完全可信條件下，歸一化的糾纏目擊者刻畫了給定狀態和可分態的最佳可區分度，而在實驗裝置完全不可信的條件下，歸一化的糾纏目擊者刻畫了給定狀態產生的量子關聯與可分態所產生局域關聯的最佳可區分度。在測量裝置不可信的實驗條件下，糾纏目擊者也可類似的歸一化。

最終，無論實驗采用何種實驗條件下的糾纏目擊者，只要能探測到糾纏，實驗者就能夠根據糾纏目擊者的平均值計算出各種糾纏度量的下界，糾纏目擊者不再沉默。對于多體系統，歸一化的糾纏目擊者也可用于估計糾纏深度，即系統至少有多少個粒子是糾纏在一起的。在粒子數趨近無窮的漸進條件下，該方法對某些系統給出基于跡距離的糾纏度量的下界是嚴格的，即給出準確的糾纏大小。

審稿人對該團隊提出的方法給予了高度評價，認為其“以全面的方式解決了一個重要的問題，使得糾纏實驗觸及到了眾多糾纏度量。”

相關論文信息：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.110204