我校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子態(tài)分辨研究中取得重要進(jìn)展,。該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、項(xiàng)國勇,、侯志博研究組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(yīng)策略,，并發(fā)展了自適應(yīng)集體測量實(shí)驗(yàn)技術(shù),，實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比國際最好方法節(jié)省約30%資源。該研究成果于3月14日在線發(fā)表在國際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上,。
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,，即在給定分辨錯(cuò)誤率要求下,，如何設(shè)計(jì)最優(yōu)測量策略使得平均消耗量子態(tài)拷貝數(shù)最少。當(dāng)前國際上最好測量方法是最優(yōu)固定測量,，即對(duì)所有消耗資源采用相同測量,。這種方法第一個(gè)局限性是固定測量，不能充分利用測量過程中得到的信息,；第二個(gè)局限性是局域測量,，不能全局提取量子態(tài)信息。
項(xiàng)國勇等人針對(duì)上述局限性首先提出全局最優(yōu)自適應(yīng)策略,，既充分利用了測量過程得到的信息,，也將局域測量拓展到集體測量。并基于測量輪次平移對(duì)稱性,，給出了該自適應(yīng)策略的快速收斂迭代算法,。限制在局域測量時(shí)，平均消耗量子態(tài)拷貝數(shù)比國際當(dāng)前最好方法節(jié)省16.6個(gè)拷貝（24%）,，稱為局域界限,。項(xiàng)國勇等人在近年著力發(fā)展的固定兩拷貝集體測量技術(shù)基礎(chǔ)上[Nat. Commun. 9,1(2018); Sci. Adv. 5, 2375 (2019); PRL 124, 060502(2020); PRL 125, 210401(2020); PRapplied 20, 044032(2023)]，進(jìn)一步發(fā)展了自適應(yīng)兩拷貝集體測量技術(shù),。實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了基于自適應(yīng)量子集體測量技術(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（6.0%）,。
圖1全局最優(yōu)自適應(yīng)策略及其迭代求解算法，以及自適應(yīng)集體測量用于量子態(tài)分辨的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,。
該工作在理論上提出了適用于一切錯(cuò)誤率要求和所有單向測量形式的全局最優(yōu)自適應(yīng)策略,，該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)上也將集體測量技術(shù)從固定測量發(fā)展到自適應(yīng)測量,，首次展示了自適應(yīng)集體測量技術(shù)的強(qiáng)大信息提取能力，這種測量能力有望應(yīng)用于其他量子信息任務(wù),。
中國科大少年班學(xué)院本科生田博軒為論文第一作者,，通訊作者為我校項(xiàng)國勇教授和侯志博教授。該項(xiàng)研究得到了科技部,、國家自然科學(xué)基金委,、中國科學(xué)院和教育部的支持。
論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.110801
（中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,、中國科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院,、物理學(xué)院、科研部）
