Eksperimentel optimal verifikation af sammenfiltrede tilstande ved hjælp af lokale målinger

Kvanteinformation er et felt, hvor informationen er kodet til kvantetilstande. Ved at drage fordel af "kvanteheden" i disse tilstande, videnskabsmænd kan udføre mere effektive beregninger og mere sikker kryptografi sammenlignet med deres klassiske modstykker.

Et hold ledet af prof. Guo Guangcan fra University of Science and Technology of China (USTC) fra CAS implementerede eksperimentelt en skalerbar kvantetilstandsverifikation på to-qubit og fire-qubit sammenfiltrede tilstande med ikke-adaptive lokale målinger. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve den 17. juli.

Initialiseringen af ​​et kvantesystem til en bestemt tilstand er et afgørende aspekt af kvanteinformationsvidenskaben. Mens en række målestrategier er blevet udviklet for at karakterisere, hvor godt systemet er initialiseret, for en given, der er generelt en afvejning mellem dens effektivitet og den tilgængelige information om kvantetilstanden. Konventionel kvantetilstandstomografi kan karakterisere ukendte tilstande, mens det kræver eksponentielt dyr tidskrævende efterbehandling.

Alternativt nylige teoretiske gennembrud viser, at kvantetilstandsverifikation giver en teknik til at kvantificere den forberedte tilstand med betydeligt færre prøver, især for multipartite indviklede stater.

I forskningen ledet af prof. Guo Guangcan, for alle de testede stater, den estimerede utroskab er omvendt proportional med antallet af prøver, som illustrerer evnen til at karakterisere en kvantetilstand med et lille antal prøver. Sammenlignet med den globalt optimale strategi, som kræver ikke-lokale målinger, effektiviteten i deres eksperiment er kun værre med en lille konstant faktor ( <2,5).

De sammenlignede ydeevneforskellen mellem kvantetilstandsverifikation og kvantetilstandstomografi i et eksperiment for at karakterisere en fire-foton Greenberger-Horne-Zeilinger-tilstand, og resultaterne indikerer fordelen ved kvantetilstandsverifikation i både den opnåede effektivitet og præcision.

De realiserede eksperimentelt en optimal kvantetilstandsverifikation (QSV), som er let at implementere og robust over for realistiske ufuldkommenheder. Den udviste 1/n-skalering er resultatet af selve strategien uden indviklede eller adaptive målinger.

Deres resultater har klare implikationer for mange kvantemålingsopgaver og kan bruges som et fast grundlag for efterfølgende arbejde med mere komplekse kvantesystemer.