多体量子制导新特性得到验证 有助于构建多用户量子网络

3月27日，记者从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队李传峰、许金石、孙凯等人对多体量子引导的关系结构进行了实验研究，首次观测到多体量子引导的非纯合共享关系，即一个量子态可以同时被另外两个量子态引导。该研究成果近日发表在国际物理学杂志《物理评论快报》上。

量子制导描述了一个粒子通过局部测量影响另一个粒子的量子态的能力。量子引导作为一种量子非局域现象，具有独特的非对称性质，可以进一步实现单向量子引导，即一边可以引导另一边，而另一边不能。在多体量子引导的研究中，一夫一妻制会限制量子引导在个体间的共享能力，使得一方无法同时被其他参与者引导。理论研究表明，多体量子制导在测量方向增加时会违背单匹配现象，表现出多体之间丰富的引导和共享关系结构。为了验证这种非纯合共享关系，需要能够任意测量多体量子系统，这就需要制备高保真度的多体纠缠量子比特系统。

在前人研究的基础上，研究团队进一步利用光子偏振、路径和轨道角动量三个自由度构建了三量子位系统，制备了一系列平均保真度为96%的三体纠缠态。研究人员通过扩展量子制导的不确定关系准则，研究了多体量子制导的非单匹配共享关系。实验结果表明，在三体量子系统中，一方的量子态可以同时被另外两方引导，违背了传统的一夫一妻制关系，证实了多体量子引导的共享性质。通过充分分析W态(一种多体纠缠态)的三体系统，课题组展示了不同的量子制导架构。利用已证实的非一夫一妻制多体量子引导的共享关系，研究人员进一步实现了三体真纠缠的实验验证。与传统方法相比，该检测方法只需要较少的测量资源，具有较高的效率。

该成果深化了对量子制导物理概念的理解，为基于量子制导一夫一妻制的信息协议提供了全面的分析视角，在多用户量子通信、量子网络构建和多体纠缠探测等方面具有重要的应用前景。