記者20日從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊在量子態(tài)分辨研究中取得重要進展：他們在最小資源消耗的量子態(tài)分辨問題中首次提出了全局最優(yōu)自適應策略，并發(fā)展了自適應集體測量實驗技術，實驗結果相比國際最好方法節(jié)省約30%資源。該研究成果日前在線發(fā)表于國際知名期刊《物理評論快報》。
量子世界的一個核心特征是兩個量子態(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中有挑戰(zhàn)性的基礎問題。實際量子信息任務中通?？紤]最小消耗量子態(tài)分辨問題，即如何設計最優(yōu)測量策略使得平均消耗量子態(tài)拷貝數(shù)最少。當前國際上最好測量方法是最優(yōu)固定測量，即對所有消耗資源采用相同測量。這種方法具有兩個局限性：不能充分利用測量過程中得到的信息；不能全局提取量子態(tài)信息。
針對上述局限性，團隊首先提出全局最優(yōu)自適應策略，既充分利用了測量過程得到的信息，又將局域測量拓展到集體測量。并基于測量輪次平移對稱性，給出了該自適應策略的快速收斂迭代算法。限制在局域測量時，平均消耗量子態(tài)拷貝數(shù)比國際當前最好方法節(jié)省16.6個拷貝。在前期發(fā)展的固定兩拷貝集體測量技術基礎上，團隊進一步發(fā)展了自適應兩拷貝集體測量技術，并通過實驗實現(xiàn)了基于自適應量子集體測量技術的全局最優(yōu)自適應量子態(tài)分辨策略。在錯誤率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個拷貝。
這項研究成果在理論上提出了適用于一切錯誤率要求和所有單向測量形式的全局最優(yōu)自適應策略，可以拓展到更為復雜的多個、高維量子態(tài)分辨情形，極大推進了最小消耗量子態(tài)分辨問題的理論研究。實驗上首次展示了自適應集體測量技術的強大信息提取能力，這種測量能力有望應用于其他量子信息任務。（記者吳長鋒）