【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦團隊在量子力學基本問題的研究中取得新進展，該團隊的李傳鋒、許小冶等人與斯德哥爾摩大學博士Yaron Kedem合作，提出并實驗實現(xiàn)了多體非局域波函數(shù)的直接測量。該研究成果于10月9日發(fā)表在期刊《物理評論快報》上，并入選“編輯推薦”論文。美國物理學會網(wǎng)站“物理新聞與評論”欄目以《直接測量糾纏態(tài)》為題專文報道該項成果。
波函數(shù)是量子力學核心的概念之一，不論是單體還是多體量子系統(tǒng)，其狀態(tài)都可以用波函數(shù)完全刻畫。目前常用的測量波函數(shù)的方法是量子態(tài)層析，然而該方法隨著待測系統(tǒng)規(guī)模的增加，對資源的消耗呈指數(shù)增長。2011年科學家們基于弱測量和弱值(Weak Value)提出單光子空間波函數(shù)的直接測量方法，避免了量子態(tài)層析中復雜的重構過程。然而對于多體特別是含有糾纏的量子系統(tǒng)的波函數(shù)直接測量，卻一直未能取得突破，難點在于無法提取多體系統(tǒng)非局域可觀測量的弱值。
李傳鋒研究組繼實現(xiàn)非局域可觀測量的量子測量[Phys. Rev. Lett. 122, 100405 (2019)]后，與Yaron Kedem一起另辟蹊徑，通過巧妙構造哈密頓量，實現(xiàn)對多體系統(tǒng)局域可觀測量之和的模量(Modular Value)的測量，然后利用它與非局域可觀測量的弱值的數(shù)學關系，直接給出后者的取值。該方法成功解決了提取多體系統(tǒng)非局域可觀測量的弱值這一難題，可以很方便地應用到多體非局域波函數(shù)的測量中。研究組在實驗上利用雙光子超糾纏成功演示了雙光子非局域波函數(shù)的直接測量。他們將兩個光子制備到偏振和路徑分別處于大糾纏態(tài)的超糾纏態(tài)上，再實現(xiàn)偏振和路徑間的相互作用，后通過路徑指針在不同投影基下的計數(shù)直接測量出雙光子偏振態(tài)的波函數(shù)。
該成果實現(xiàn)多體糾纏系統(tǒng)波函數(shù)的直接測量，《直接測量糾纏態(tài)》一文評論該成果對未來量子信息技術中大規(guī)模糾纏系統(tǒng)的探測提供的方法。該工作還澄清了波函數(shù)的直接測量技術源自于弱值而非弱測量，更為重要的是，對含有糾纏的多體量子系統(tǒng)波函數(shù)的直接測量，證明這是一項純粹的量子技術，而非基于經(jīng)典的干涉過程。該方法為量子物理基本問題的研究帶來新的思路，并對量子信息技術的發(fā)展起到重要推動作用。
該論文共同作者為中科院量子信息重點實驗室博士研究生潘維韋與特任副研究員許小冶。該工作得到科技部、國家自然科學基金委、中科院、安徽省以及博士后創(chuàng)新人才支持計劃的資助。
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