清華新聞網(wǎng)12月27日電 近日，清華大學(xué)交叉信息研究院馬雄峰研究組在多體糾纏探測(cè)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，提出了實(shí)用且高效的多體系統(tǒng)糾纏探測(cè)協(xié)議。
量子糾纏是理論物理研究以及量子信息科學(xué)中的基礎(chǔ)概念，發(fā)展高效的糾纏探測(cè)協(xié)議對(duì)于標(biāo)定大型量子設(shè)備的可靠性有著重要意義。傳統(tǒng)的糾纏探測(cè)手段往往有著各種限制。例如糾纏見(jiàn)證（Entanglement Witness）雖然是最常用的實(shí)驗(yàn)方案，但是它的有效性很大程度依賴(lài)于對(duì)被探測(cè)量子態(tài)的先驗(yàn)知識(shí)。正映射判據(jù)（Positive Map Criterion）是另一種理論上具有強(qiáng)大探測(cè)能力的糾纏判據(jù)，然而這一判據(jù)的實(shí)現(xiàn)往往需要極高實(shí)驗(yàn)復(fù)雜度的量子態(tài)層析。
近期，研究者們提出了一種基于矩測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方案可以避免量子態(tài)層析而實(shí)現(xiàn)一種弱化版本的正映射判據(jù)。這一實(shí)驗(yàn)方案只要求對(duì)單份量子態(tài)進(jìn)行操作以及測(cè)量，并且具有較低的實(shí)驗(yàn)復(fù)雜度和較強(qiáng)的探測(cè)能力。然而，受限于正映射判據(jù)自身的性質(zhì)，這一方案只能探測(cè)兩體量子系統(tǒng)的糾纏。
多體糾纏探測(cè)協(xié)議示意圖
為了解決這一問(wèn)題，在研究中，馬雄峰研究組的2020級(jí)博士生劉振寰等人引入了一種新的多體糾纏判據(jù)——指標(biāo)輪換糾纏判據(jù)，并且成功將其轉(zhuǎn)化為基于矩測(cè)量的實(shí)驗(yàn)框架。這一實(shí)驗(yàn)方案具有更低的實(shí)驗(yàn)復(fù)雜度，并且可以探測(cè)多體系統(tǒng)中更加復(fù)雜的糾纏結(jié)構(gòu)。在兩體系統(tǒng)中，這一框架給出了新的兩體糾纏判據(jù)，極大增強(qiáng)了兩體糾纏的探測(cè)能力。此外，一些數(shù)值實(shí)驗(yàn)表明，這一框架中的一些關(guān)鍵物理量還可以作為糾纏的度量，在量子多體物理的研究中起到重要的作用。
Ising模型中糾纏探測(cè)能力的數(shù)值展示
該成果論文“利用置換矩探測(cè)多體系統(tǒng)中的糾纏”（Detecting Entanglement in Quantum Many-body Systems via Permutation Moments）近日在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）發(fā)表。
該論文通訊作者為清華大學(xué)交叉信息研究院馬雄峰副教授，清華大學(xué)交叉信息研究院2020級(jí)博士生劉振寰為文章的第一作者。其他作者還包括交叉信息研究院2017級(jí)本科生唐一凡、博士后代昊、2019級(jí)本科生劉鵬宇和陳澍。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。
論文鏈接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.260501
供稿：交叉信息研究院
題圖設(shè)計(jì)：任帥
編輯：李華山
審核：郭玲
