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來源：中科院之聲 中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊(duì)在量子定向研究中取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、項(xiàng)國勇研究組與復(fù)旦大學(xué)朱黃俊和北京理工大學(xué)尚江偉合作，基于量子糾纏測(cè)量技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了高效的量子定向。該研究成果于2月13日在線發(fā)表在國際期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。 量子定向任務(wù)是指發(fā)送者Alice利用量子資源把空間中的某個(gè)任意方向發(fā)送給接收者Bob，它在定位導(dǎo)航等領(lǐng)域具有重要用途。一個(gè)簡單的量子定向方案是Alice發(fā)送帶自旋的粒子給Bob，粒子自旋的指向就是要發(fā)送的方向。早在1999年，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)教授Nicolas Gisin發(fā)現(xiàn)使用兩個(gè)自旋粒子進(jìn)行量子定向時(shí)會(huì)有新奇的現(xiàn)象出現(xiàn)。Alice用兩個(gè)自旋粒子編碼一個(gè)方向可以有兩種編碼方式，即自旋平行編碼和反平行編碼。研究發(fā)現(xiàn)Bob利用經(jīng)典的局域測(cè)量方法進(jìn)行信息提取時(shí)，反平行編碼和平行編碼方式的信息傳輸效率相同，而Bob采用量子測(cè)量方法時(shí)，反平行編碼效率更高。Alice的兩種編碼方式中量子態(tài)都沒有糾纏，因此該異�，F(xiàn)象來自于Bob解碼方向信息的量子測(cè)量中存在量子糾纏。由于量子糾纏測(cè)量難以實(shí)現(xiàn)，二十年來尚沒有可靠的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)這一量子定向方案。 量子糾纏特性既可以存在于量子態(tài)中，也可以存在于量子測(cè)量中。量子糾纏態(tài)已廣為人知，它可用于量子通信和量子計(jì)算等過程。量子糾纏測(cè)量方向的實(shí)驗(yàn)研究才剛起步。近年來項(xiàng)國勇等人發(fā)展了基于光子量子行走的量子糾纏測(cè)量技術(shù)，該技術(shù)具有保真度高和無需后選擇的優(yōu)點(diǎn)。他們采用該技術(shù)提高了量子態(tài)測(cè)量精度[Nature Communications 9，1414（2018）]，減少了量子熱力學(xué)中量子測(cè)量的反作用力[Science Advances 5，3（2019）]。最近他們將該技術(shù)應(yīng)用到量子定向的研究中。 項(xiàng)國勇等人巧妙地利用單個(gè)光子的偏振和路徑實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自旋比特，利用半波片即可實(shí)現(xiàn)自旋的平行編碼和反平行編碼。然后借助光子量子行走的確定性實(shí)現(xiàn)了平行編碼和反平行編碼下量子態(tài)的最優(yōu)糾纏測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)在量子定向任務(wù)中量子糾纏測(cè)量比局域測(cè)量具有更高信息提取效率，而且反平行編碼的平均保真度相對(duì)于平行編碼的平均保真度有3.9%的提升。 該工作在實(shí)驗(yàn)上揭示了一種由量子測(cè)量中的糾纏引起的非經(jīng)典現(xiàn)象，同時(shí)也提供了一套在光子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)確定性糾纏測(cè)量的方法。該研究有利于量子糾纏和量子測(cè)量研究的發(fā)展，在量子信息處理中有著潛在的應(yīng)用。 中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生唐俊峰和副研究員侯志博為該論文的共同第一作者。該項(xiàng)研究得到科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院和教育部的支持。 
圖1 量子定向任務(wù)示意圖和量子糾纏測(cè)量的實(shí)現(xiàn)裝置圖1 量子定向任務(wù)示意圖和量子糾纏測(cè)量的實(shí)現(xiàn)裝置
圖2 量子定向的保真度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（a）量子糾纏測(cè)量（b）可分測(cè)量圖2 量子定向的保真度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（a）量子糾纏測(cè)量（b）可分測(cè)量 |
