為把自檢驗(yàn)推廣應(yīng)用于各種量子信息過(guò)程打下基礎(chǔ)

●創(chuàng)新點(diǎn)

量子糾纏是量子通信和量子計(jì)算的重要資源。在構(gòu)建量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，不僅需要制備高品質(zhì)的量子糾纏態(tài)，還需要在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行高品質(zhì)的糾纏交換，才能把各個(gè)節(jié)點(diǎn)糾纏起來(lái)。

學(xué)術(shù)界通常采用量子態(tài)層析的辦法來(lái)測(cè)定量子糾纏態(tài)，這種方法類似于醫(yī)院中的CT掃描。通過(guò)量子態(tài)層析可以重構(gòu)出糾纏態(tài)的形式，進(jìn)而獲得糾纏態(tài)的保真度等重要信息。然而，量子態(tài)層析方法依賴于測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性，不能用于對(duì)安全性有要求的量子信息任務(wù)。為解決這一問(wèn)題，科學(xué)家們提出了基于貝爾不等式違背的糾纏度量方法。

●方法和結(jié)果

對(duì)于兩體兩維糾纏態(tài)來(lái)說(shuō)，貝爾不等式的最大違背可以達(dá)到2根號(hào)2。一個(gè)逆向思維理論就是，如果在貝爾不等式實(shí)驗(yàn)中觀察到2根號(hào)2的違背，可以認(rèn)為測(cè)試的量子態(tài)就是最大糾纏態(tài)的等價(jià)形式，這被稱為糾纏態(tài)的自檢驗(yàn)。更重要的是，貝爾不等式的檢驗(yàn)無(wú)須精確知道雙方測(cè)量設(shè)備的測(cè)量基，只需要任意改變?cè)O(shè)置獲得經(jīng)典的關(guān)聯(lián)概率。將這種理論用于實(shí)際糾纏態(tài)自檢驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，當(dāng)觀察到的貝爾不等式違背值小于2根號(hào)2時(shí)，觀察者對(duì)未知態(tài)的糾纏特性可以做出什么樣的描述。這種描述可以定量為相對(duì)于最大糾纏態(tài)的保真度的最低可能值，即以觀察到的實(shí)際違背值為自變量的保真度下限。這個(gè)下限越優(yōu)，可以給出的保真度越高，也就具有更好的魯棒性。

應(yīng)用前景

這是國(guó)際上首個(gè)具有最優(yōu)魯棒性的糾纏態(tài)自檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，為把自檢驗(yàn)推廣應(yīng)用于各種量子信息過(guò)程打下重要基礎(chǔ)。

Source：ZHANG Wenhao, CHEN Geng, PENG Xingxiang, et al. Experimentally robust self-testing for bipartite and tripartite entangled states [J]. Physical Review Letters, 2018, 121(24)：240402.