中國科大實驗驗證糾纏魯棒性與拓撲相的關係

2020-12-01 中國科大..

我校郭光燦院士團隊在量子行走方向取得新進展：該團隊李傳鋒、韓永建和許小冶等人首次提出並實驗驗證量子行走中糾纏魯棒性在不同拓撲相下存在顯著差異，並以此進一步實現了拓撲相及其相變的探測。相關研究成果於1月14日發表在《Optica》。

量子糾纏已被證明在量子度量、量子密鑰分發和量子計算等量子信息處理過程中起著關鍵性的作用。建立系統拓撲性質與糾纏魯棒性之間的聯繫是量子信息中的重要問題，為此既需要量化系統中的糾纏度量，還需要對系統的拓撲相進行完整分類。量子行走系統提供了研究二者關係的一個關鍵平臺。

李傳鋒研究組利用在量子行走中直接測量體拓撲不變量[Phys. Rev. Lett. 120, 260501 (2018)]和觀測光子自旋與位置之間的糾纏動力學[Optica 5, 1136 (2018)]中建立的實驗技術直接驗證了此系統的拓撲與糾纏魯棒性之間存在關聯。首先，從理論上預言：拓撲非平庸相中的糾纏不受某一參數影響，具有魯棒性；而在拓撲平庸相中，糾纏對這一參數的擾動非常敏感。通過改變實驗系統控制參數，實驗驗證了不同拓撲相下的量子行走中量子糾纏的魯棒性差異，利用這種差異還可以判斷相變臨界點。本實驗結果為建立多體拓撲系統與量子糾纏魯棒性之間的普遍關係邁出了一步。這種聯繫的建立將加深對多體量子系統的理解，進一步促進量子編碼和量子糾錯的發展。

審稿人高度評價該項工作：「在我看來，這項工作是新穎的，對量子信息處理的理論方面和未來的發展有著重大的影響。」（In my view, this work is novel with high impact for both theoretical aspects and future development of quantum information processing）

該論文第一作者為中科院量子信息重點實驗室博士研究生王琴琴。上述研究得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院、安徽省以及博士後創新人才支持計劃的資助。

拓撲相及相變臨界點探測實驗結果

論文連結：https://doi.org/10.1364/OPTICA.375388


（中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創新研究院、科研部）



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