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重慶研究院在量子態直接測量理論方面取得重要進展
2019-08-20| 编辑:智能所微纳中心 | 【

  近日,重庆研究院与中国科学技术大学合作,在美国物理学会旗下应用物理旗舰期刊Physical Review Applied (物理类1区)上发表了“Efficient Direct Measurement of Arbitrary Quantum Systems via Weak Measurement”的理论文章,论文揭示了基于弱测量下的密度矩阵直接测量最优方案需要满足的两个标准,并且首次提出了对于任意维度密度矩阵直接测量其矩阵元的最优方案。

  在当今时代,有效地从海量数据系统中提取所需信息无疑具有重要意义。信息的有效提取是信息学、物理、化学、生物学等领域的一个热门课题。在量子物理学中,量子态的研究是其核心内容之一,因为它存储了物理系统的所有信息。直接测量任意量子态的密度矩阵元素的任务无论在理论上还是实验上都是一个极其重要的挑战。密度矩阵的标准测量方法是量子态重构(quantum state tomography),它首先需要完成所有的测量,然后通过重构算法计算出所有的矩阵元信息。因此,量子态重构对于高维密度矩阵的测量,不仅受限于测量个数随矩阵维度的指数增加,而且受限于重构算法复杂性快速增加。

  近期有研究表明利用弱測量技術可以實現量子態的密度矩陣元的直接測量,從而成爲測量量子態信息的另一種可選擇的方案。在這項工作中,我們提出了一個最佳方案,直接測量任意密度矩陣元只需要對每個量子比特執行一個強測量或弱測量。從而大大降低了測量複雜度,爲直接測量多粒子系統密度矩陣元提供了一種有效的表征手段。該方法可應用于各種量子信息實驗系統,比如線性光學、金剛石色心、超導系統、冷原子等。如上圖所示,任何密度矩陣元素都可以通過適當的操作直接測量。這種方法在表征大規模量子系統中將有重要的應用,由此方法衍生出的技術易于擴展和集成,如集成到量子芯片等。該方法不僅對量子信息科學具有重要意義,而且對信息學、化學、生物學等相關學科也具有一定的參考意義。

  上述工作得到国家重点专项、中科院青促會会员项目、国家自然科学基金、重庆市自然科学基金等支持。

  文章鏈接:

  URL:https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.12.014045

  DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.12.014045

 
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