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近日，中國科學技術大學郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室李傳鋒研究組與中科院半導體研究所及瑞典科學家合作，實驗實現(xiàn)了量子態(tài)可恢復的新型量子測量，并驗證了量子測量過程中信息提取與量子態(tài)恢復之間的轉化等式關系，從信息提取的角度推進了對海森堡不確定關系的理解。相關成果6月5日在線發(fā)表在PhysicalReviewX上。 量子測量是量子力學的核心問題之一，根據(jù)馮·諾依曼假定，量子測量在提取信息的同時會導致量子態(tài)的坍縮。近年來隨著量子信息科學的發(fā)展，人們對量子測量有了更深入的理解，測量過程中探針與系統(tǒng)的耦合強度是量子測量的重要參數(shù)，耦合最強時即是量子力學書上通常所說的馮·諾依曼正交投影測量。進一步的研究表明，量子測量可以被概率性地消除，即測量完成后存在相應的操作能以一定的幾率使得系統(tǒng)恢復到被測量前的狀態(tài)。研究組的實驗證實對于量子信息中廣泛使用的比特系統(tǒng)，量子測量提取的信息和量子態(tài)恢復幾率之間存在一個等式關系，提取的信息越多，相應量子態(tài)恢復幾率越小。馮·諾依曼測量能提取最多的信息，但是會徹底破壞系統(tǒng)的狀態(tài)，使得量子態(tài)恢復幾率為零。 研究組利用單光子的偏振作為待測的比特系統(tǒng)，搭建了兩個高性能的量子干涉儀分別實現(xiàn)量子態(tài)的測量和恢復過程。這樣的實驗裝置不僅可以實現(xiàn)不同強度的量子測量，而且對于任意量子測量可以進行最優(yōu)恢復操作。實驗結果完美地驗證了量子測量中信息提取與量子態(tài)恢復之間的轉化等式關系。它完全不同于不確定關系和互補原理等的不等式關系，豐富了人們對量子測量這一基本問題的理解，對量子測量的表征及量子信息安全具有重要意義。該成果同時從量子信息提取的角度推進了海森堡不確定關系的深入研究。 上述研究得到了國家基金委、科技部和中國科學院支持。 |