中国科大实验演示不等价相互无偏测量信息提取能力不同

我校郭光灿院士团队在量子测量的基础研究中取得重要实验进展。该团队李传锋、项国勇、侯志博研究组与复旦大学朱黄俊教授合作，首次实验演示一组不等价的相互无偏量子测量具有不同信息提取能力。该研究成果于2024年2月21日在线发表在国际权威期刊《物理评论快报》上。

基于相互无偏基的量子测量，又称为相互无偏测量或互补测量，在基础研究和量子信息处理中发挥着至关重要的作用。如果两组相互无偏基不能通过酉变换相互转换，则称他们不等价。这种不等价性长期作为一个有趣的理论问题被研究人员关注，然而这种不等价性是否具有实际意义缺知之甚少。

项国勇研究组采用近年来着力发展的高精度多拷贝光量子精密测量平台[Nat. Commun. 9,1(2018); PRL 124,060502(2020); PRL 125,020501(2020); PRL 126,070503(2021); PRL 128,020502(2022)]，在实验上验证了四维空间中不等价的相互无偏基测量基在三拷贝量子态实际测量问题中具有不同信息提取能力。实验中采用相互无偏基测量基进行量子态信息提取，用保真度来衡量信息提取能力，因此保真度和互相无偏测量基的其内禀性质相关。随着相互无偏基选取的不同，实验得到的最大保真度与最小保真度相差约4%，与理论预测的平均偏差仅为0.16%，这清楚地展示出不等价的相互无偏基具备不同信息提取能力。这项研究标志着不等价相互无偏基的研究从理论跨入实际，在量子态估计、纠缠检测和量子通信等诸多量子信息处理任务具有潜在应用价值。

图1.区分不等价相互无偏基的基本思想。

图2.不等价相互无偏测量得到的三拷贝量子态估计保真度