中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)6日消息：該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子相干和量子精密測量的研究中取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、黃運(yùn)鋒研究組與英國合作者在線性光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了糾纏態(tài)的相干性對橫向噪聲的適應(yīng)性，并進(jìn)一步驗(yàn)證在橫向噪聲中糾纏態(tài)探針的量子測量精度仍可超越標(biāo)準(zhǔn)量子極限。該項(xiàng)研究成果2019年11月1日發(fā)表在國際權(quán)威物理學(xué)期刊《物理評論快報(bào)》上。

量子信息技術(shù)通過對量子態(tài)的操控實(shí)現(xiàn)信息的安全傳輸和存儲，高效獲取和運(yùn)算等，然而量子系統(tǒng)不可避免的會與環(huán)境相互作用而引入噪聲，導(dǎo)致量子態(tài)非常脆弱。如何抵抗噪聲是目前可擴(kuò)展量子信息技術(shù)的核心問題之一。主動反饋和量子糾錯是很有前景的方案，但是過多的資源消耗使它們目前還難以實(shí)現(xiàn)。還有一種高效且方便的途徑是被動噪聲控制，它可以通過巧妙地利用量子態(tài)對特定噪聲的適應(yīng)性來實(shí)現(xiàn)。

李傳鋒、黃運(yùn)鋒等人采用高效可控的線性光學(xué)系統(tǒng)研究了糾纏態(tài)的量子相干性和精密測量對橫向噪聲（噪聲和探針工作方向相垂直）的適應(yīng)性。研究組首先驗(yàn)證了四光子GHZ糾纏態(tài)在橫向噪聲下相干性的凍結(jié)現(xiàn)象，同時還觀測到GHZ糾纏態(tài)在噪聲中演化時量子Fisher信息量也保持不變，這意味著將其應(yīng)用于參數(shù)估計(jì)時測量精度將不會隨噪聲增加而衰減。研究組進(jìn)一步考慮更實(shí)際的情況，將噪聲與信號同時作用在探針上，結(jié)果表明即使噪聲強(qiáng)度與信號相同，實(shí)驗(yàn)中制備出的多光子GHZ糾纏態(tài)探針在光子數(shù)達(dá)到6時仍可超越標(biāo)準(zhǔn)量子極限（經(jīng)典物理系統(tǒng)所能達(dá)到的極限），展示了噪聲適應(yīng)的量子精密測量方案的優(yōu)越性。當(dāng)然實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)在噪聲平行的情況下，GHZ糾纏態(tài)探針將不會展現(xiàn)任何量子優(yōu)勢。

該項(xiàng)工作展示了被動噪聲控制的可行性，在抗噪聲量子精密測量的研究中邁出重要一步，有助于設(shè)計(jì)出更高效的抗噪聲方案。

論文的第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特任副研究員張超博士。本研究得到科技部、國家基金委、中國科學(xué)院、安徽省和量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的的支持。

論文信息：DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.180504