科学家实验实现量子相干性蒸馏

近日，中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿领导的中科院量子信息重点实验室在量子相干性实验研究方面取得进展，实验室李传锋、项国勇研究组首次实验实现了基于辅助比特的量子相干性蒸馏。该研究成果在线发表在最近一期的美国光学协会（ OSA ）旗下杂志 Optica 上。

量子相干性（ quantum coherence ）作为一种对量子叠加性的量化，是量子物理与量子信息的核心所在，在各种量子任务（如量子计算、量子通讯等）中具有重要应用。近年来，随着对量子相干性度量的严格定义的提出，量子相干性已经被看作一种量子资源，对它的蒸馏提取与操控成为一个研究热点。最近的理论工作[ Phys. Rev. Lett. 116, 070402 (2016) ]研究了量子相干性在两体量子系统Alice与Bob中的转化问题。此任务是在局域量子-非相干操作以及经典通讯的协议（ Local Quantum-Incoherent Operation and Classical Communication，LQICC ）下，研究人员只能对 Bob 进行局域非相干操作，而对辅助系统 Alice 可以做任意的局域操作，Alice 和 Bob 可以进行经典通讯，最终使 Bob 系统中量子相干性最大化。该理论工作给出了一个普适的最优解，即基于辅助量子系统Alice实现对Bob系统的量子相干性蒸馏。

李传锋、项国勇等设计了上述理论的实验实现方案，研究了两量子比特系统分别为纯态和混态时量子相干性的最优提取问题。实验对两类不同的纯态以及 Werner 态（一类特殊的混合态）进行了研究，在 LQICC 协议下对辅助比特 Alice 进行了最优的投影测量，根据测量结果对 Bob 进行相应的非相干操作，实现了单一拷贝情况下对 Bob 的相干性的最大化提取。实验结果表明，对纯态系统，可以达到理论上对 Bob 系统量子相干性的最优提取；而对混态系统，可以实现对量子相干性的蒸馏并且比对量子纠缠的蒸馏要求要低。

该工作首次实验实现了基于辅助比特的量子相干性蒸馏，该成果在远程量子信息处理及量子控制中有重要应用。

论文的共同第一作者为中科院量子信息重点实验室博士生吴康达和博士后侯志博，该工作得到国家基金委、科技部、教育部和中科院的支持。

量子相干性蒸馏实验装置图

量子相干性蒸馏实验结果

来源：中国科学技术大学