中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郁司夏、孫亮亮、周祥與安徽大學(xué)許振朋、隆德大學(xué)Armin Tavakoli等合作，在量子糾纏的研究中取得重要進展，發(fā)現(xiàn)原本只是探測糾纏有無的實驗數(shù)據(jù)可以用來估計糾纏大小。團隊利用常用糾纏目擊者(Entanglement witness)的平均值，在三類常見的實驗條件下，即器件完全可信（Trusted Device）、測量裝置不可信 (Measurement-Device-Independent)、實驗裝置完全不可信 (Device Independent)，給出幾乎所有常用糾纏度量下限的估計，將探測糾纏的實驗零代價地提升成為估計糾纏的實驗。相關(guān)成果近日已在線發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上。

量子糾纏是量子理論的基礎(chǔ)概念和量子信息中的核心資源，量子糾纏研究的兩大基本任務(wù)是糾纏的檢測和度量。在實驗中，有效的探測和估計糾纏是完成多種信息任務(wù)的先決條件，特別是糾纏的大小估計，決定了糾纏這一珍貴資源的使用。糾纏目擊者簡言之就是這樣一個可觀測量，當(dāng)其平均值小于某個閾值時，就可以確定系統(tǒng)糾纏的存在，而任何給定糾纏態(tài)都可以被某個恰當(dāng)?shù)募m纏目擊者所探測到。糾纏目擊者以其要求簡單且探測能力強，成為實驗上探測糾纏的首選工具，被應(yīng)用于多種實驗情形下，如器件可信、測量裝置不可信、和實驗裝置完全不可信的實驗條件下。但令人遺憾的是，迄今為止，所有的糾纏目擊者通常只是用來探測糾纏的有無，在糾纏的大小估計方面保持沉默。

研究團隊的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是糾纏目擊者可以被適當(dāng)?shù)貧w一化成一種距離，這種距離能刻畫在同樣的測量下，給定量子態(tài)所產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)和可分態(tài)所產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)之間的可區(qū)分度，而這可區(qū)分度居于量化糾纏的核心，可以和各種常見的糾纏度量聯(lián)系起來。在器件完全可信條件下，歸一化的糾纏目擊者刻畫了給定狀態(tài)和可分態(tài)的最佳可區(qū)分度，而在實驗裝置完全不可信的條件下，歸一化的糾纏目擊者刻畫了給定狀態(tài)產(chǎn)生的量子關(guān)聯(lián)與可分態(tài)所產(chǎn)生局域關(guān)聯(lián)的最佳可區(qū)分度。在測量裝置不可信的實驗條件下，糾纏目擊者也可類似的歸一化。最終，無論實驗采用何種實驗條件下的糾纏目擊者，只要能探測到糾纏，實驗者就能夠根據(jù)糾纏目擊者的平均值計算出各種糾纏度量的下界，糾纏目擊者不再沉默。對于多體系統(tǒng)，歸一化的糾纏目擊者也可用于估計糾纏深度，即系統(tǒng)至少有多少個粒子是糾纏在一起的。在粒子數(shù)趨近無窮的漸進條件下，該方法對某些系統(tǒng)給出基于跡距離的糾纏度量的下界是嚴格的，即給出準(zhǔn)確的糾纏大小。

審稿人對該團隊提出的方法給予了高度評價，認為其“以全面的方式解決了一個重要的問題，使得糾纏實驗觸及到了眾多糾纏度量。”

本研究論文的第一作者是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)特任副研究員孫亮亮。郁司夏教授，許振朋教授和Armin Tavakoli教授為共同通訊作者。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.110204