記者20日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子態(tài)分辨研究中取得重要進(jìn)展：他們?cè)谧钚≠Y源消耗的量子態(tài)分辨問題中首次提出了全局最優(yōu)自適應(yīng)策略，并發(fā)展了自適應(yīng)集體測(cè)量實(shí)驗(yàn)技術(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比國(guó)際最好方法節(jié)省約30%資源。該研究成果日前在線發(fā)表于國(guó)際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。
量子世界的一個(gè)核心特征是兩個(gè)量子態(tài)一般不正交，且不正交的量子態(tài)不能完美區(qū)分。這一方面為量子信息技術(shù)安全性提供了保障，另一方面也使得量子態(tài)區(qū)分成為量子信息科學(xué)中有挑戰(zhàn)性的基礎(chǔ)問題。實(shí)際量子信息任務(wù)中通常考慮最小消耗量子態(tài)分辨問題，即如何設(shè)計(jì)最優(yōu)測(cè)量策略使得平均消耗量子態(tài)拷貝數(shù)最少。當(dāng)前國(guó)際上最好測(cè)量方法是最優(yōu)固定測(cè)量，即對(duì)所有消耗資源采用相同測(cè)量。這種方法具有兩個(gè)局限性：不能充分利用測(cè)量過程中得到的信息；不能全局提取量子態(tài)信息。
針對(duì)上述局限性，團(tuán)隊(duì)首先提出全局最優(yōu)自適應(yīng)策略，既充分利用了測(cè)量過程得到的信息，又將局域測(cè)量拓展到集體測(cè)量。并基于測(cè)量輪次平移對(duì)稱性，給出了該自適應(yīng)策略的快速收斂迭代算法。限制在局域測(cè)量時(shí)，平均消耗量子態(tài)拷貝數(shù)比國(guó)際當(dāng)前最好方法節(jié)省16.6個(gè)拷貝。在前期發(fā)展的固定兩拷貝集體測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)展了自適應(yīng)兩拷貝集體測(cè)量技術(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于自適應(yīng)量子集體測(cè)量技術(shù)的全局最優(yōu)自適應(yīng)量子態(tài)分辨策略。在錯(cuò)誤率0.01%要求下，分辨二維量子混態(tài)消耗的拷貝數(shù)顯著打破了局域界限，節(jié)省了3.9個(gè)拷貝。
這項(xiàng)研究成果在理論上提出了適用于一切錯(cuò)誤率要求和所有單向測(cè)量形式的全局最優(yōu)自適應(yīng)策略，可以拓展到更為復(fù)雜的多個(gè)、高維量子態(tài)分辨情形，極大推進(jìn)了最小消耗量子態(tài)分辨問題的理論研究。實(shí)驗(yàn)上首次展示了自適應(yīng)集體測(cè)量技術(shù)的強(qiáng)大信息提取能力，這種測(cè)量能力有望應(yīng)用于其他量子信息任務(wù)。（記者吳長(zhǎng)鋒）