科学家实现量子态在非相干操作下的转化

  中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子相干性理论与实验研究中取得重要进展，该团队李传锋、项国勇等人与波兰华沙大学以及德国乌尔姆大学理论物理学家合作，首次在理论上完全解决量子比特在非相干操作（不增加相干性的操作）下的转化问题并设计实验进行了验证。该成果2月13日发表在国际著名物理学学术期刊《自然合作期刊-量子信息》上。

  最近，量子相干性严格定义的提出促进了量子相干性资源理论的发展。作为一种对量子叠加性的量化，量子相干性是量子物理与量子信息的核心，在各种量子任务（如量子计算、量子通信等）中具有重要应用。项国勇研究组及其理论合作者在理论上完全解决了量子比特在非相干操作下的转化问题，并且将该结果扩展到了分布式体系中的相干性转化的研究，完全解决了两体纯态的辅助转化以及部分解决了混合态的辅助转化。

  在这些理论工作的基础上，项国勇研究组设计了一系列实验进行验证。他们将量子比特编码到光子的偏振态中，首次设计出全光学的严格非相干操作的装置，并以高保真度实现了单量子比特以及分布式体系中的量子比特在非相干操作下的转化。实验结果表明，利用光学技术可以方便地实现量子态在非相干操作下转化的研究，这为利用现有光学技术在具体应用中实现相干性转化铺平了道路。

  （原载于《光明日报》 2020-02-17 09版）