首次實驗實現(xiàn)量子糾纏態(tài)自檢驗

為把自檢驗推廣應(yīng)用于各種量子信息過程打下基礎(chǔ)

●創(chuàng)新點

量子糾纏是量子通信和量子計算的重要資源。在構(gòu)建量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的過程中，不僅需要制備高品質(zhì)的量子糾纏態(tài)，還需要在節(jié)點之間進(jìn)行高品質(zhì)的糾纏交換，才能把各個節(jié)點糾纏起來。

學(xué)術(shù)界通常采用量子態(tài)層析的辦法來測定量子糾纏態(tài)，這種方法類似于醫(yī)院中的CT掃描。通過量子態(tài)層析可以重構(gòu)出糾纏態(tài)的形式，進(jìn)而獲得糾纏態(tài)的保真度等重要信息。然而，量子態(tài)層析方法依賴于測量設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性，不能用于對安全性有要求的量子信息任務(wù)。為解決這一問題，科學(xué)家們提出了基于貝爾不等式違背的糾纏度量方法。

●方法和結(jié)果

對于兩體兩維糾纏態(tài)來說，貝爾不等式的最大違背可以達(dá)到2根號2。一個逆向思維理論就是，如果在貝爾不等式實驗中觀察到2根號2的違背，可以認(rèn)為測試的量子態(tài)就是最大糾纏態(tài)的等價形式，這被稱為糾纏態(tài)的自檢驗。更重要的是，貝爾不等式的檢驗無須精確知道雙方測量設(shè)備的測量基，只需要任意改變設(shè)置獲得經(jīng)典的關(guān)聯(lián)概率。將這種理論用于實際糾纏態(tài)自檢驗的一個關(guān)鍵問題是，當(dāng)觀察到的貝爾不等式違背值小于2根號2時，觀察者對未知態(tài)的糾纏特性可以做出什么樣的描述。這種描述可以定量為相對于最大糾纏態(tài)的保真度的最低可能值，即以觀察到的實際違背值為自變量的保真度下限。這個下限越優(yōu)，可以給出的保真度越高，也就具有更好的魯棒性。

應(yīng)用前景

這是國際上首個具有最優(yōu)魯棒性的糾纏態(tài)自檢驗實驗，為把自檢驗推廣應(yīng)用于各種量子信息過程打下重要基礎(chǔ)。

Source：ZHANG Wenhao, CHEN Geng, PENG Xingxiang, et al. Experimentally robust self-testing for bipartite and tripartite entangled states [J]. Physical Review Letters, 2018, 121(24)：240402.