我国学者实现真多体纠缠子空间自检验

记者22日从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队柳必恒研究员课题组与合肥本源量子计算科技有限责任公司合作(hézuò)，在光学和超导两个(liǎnggè)量子系统中实现真多体纠缠子空间的设备无关表征(biǎozhēng)，完成了五比特纠错码码空间的自检验。研究成果(yánjiūchéngguǒ)日前表在《物理进展报告(bàogào)》上。 在量子(zi)信息领域，真(zhēn)多体纠缠态作为量子纠缠的最强形态，要求系统中(zhōng)任意两个子系统间均存在纠缠关联。由其构成的真纠缠子空间具有重要应用价值，特别是可以用于设计量子纠错码，通过将量子信息编码在子空间中，避免因局部(júbù)退相干导致的错误扩散。然而，与两体纠缠态及真多体纠缠态的表征不同，真纠缠子空间的理论分析工具和实验验证方法(fāngfǎ)仍处于空白状态。虽然基于(jīyú)贝尔不等式的自检验方法已(yǐ)成功(chénggōng)应用于量子纠缠态的设备无关认证，但将其拓展至多体纠缠子空间仍面临重大挑战。 近期，理论工作者构建(gòujiàn)了基于稳定子码框架的新型贝尔(bèiěr)不等式，该方案可实现对纠缠(jiūchán)子空间的普适性表征——子空间内任意量子态（包括混态(hùntài)）均能最大程度违背该不等式，从而为真纠缠子空间的自检验提供了理论依据。 为验证(yànzhèng)这一创新方法，研究团队在光学系统和“本源悟空”超导量子计算机上同步开展实验，成功完成五比特量子纠错码码空间(kōngjiān)的设备无关认证。通过制备(zhìbèi)系列逻辑量子态(liàngzǐtài)并进行贝尔测试，实验数据(shùjù)显示两种系统的逻辑子空间保真度分别达到82%和62%以上。该过程仅依赖实验观测的数据而无需对实验设备做可信假设。 在(zài)对比实验中，研究团队(tuánduì)模拟了(le)单个物理比特错误场景，发现逻辑态完全丧失对贝尔不等式的违背能力，证明其已脱离目标逻辑子空间(kōngjiān)。通过进一步检验错误子空间对应的贝尔不等式，团队成功实现对逻辑量子态空间演化的全程监控。