【中国科学报】研究发现纠缠目击者可估计量子纠缠大小

中国科学技术大学郁司夏、孙亮亮、周祥与安徽大学许振朋、瑞典隆德大学Armin Tavakoli等合作，发现原本只是探测纠缠有无的实验数据可以用于估计纠缠大小。团队利用常用纠缠目击者的平均值，在3类常见的实验条件下，给出几乎所有常用纠缠度量下限的估计，将探测纠缠的实验零代价地提升为估计纠缠大小的实验。相关成果近日发表于《物理评论快报》。量子纠缠是量子理论的基础概念和量子信息中的核心资源，量子纠缠研究的两大基本任务是纠缠的检测和度量。在实验中，有效地探测和估计纠缠大小是完成多种信息任务的先决条件，特别是纠缠的大小估计，决定了纠缠这一珍贵资源的使用效能。纠缠目击者简言之就是一个可观测量，当其平均值小于某个阈值时，就可以确定系统纠缠的存在，而任何给定纠缠态都可以被某个恰当的纠缠目击者探测到。因为要求简单且探测能力强，纠缠目击者成为实验上探测纠缠的首选工具。但迄今为止，所有的纠缠目击者通常只是用于探测纠缠的有无，而没有用于估计纠缠的大小。研究团队发现，纠缠目击者可以被适当地归一化成一种距离。这种距离能刻画在同样的测量下给定量子态产生的实验数据和可分态产生的实验数据之间的可区分度，而这个可区分度居于量化纠缠的核心，可以和各种常见的纠缠度量联系起来。在器件完全可信的条件下，归一化的纠缠目击者刻画了给定状态和可分态的最佳可区分度；在实验装置完全不可信的条件下，归一化的纠缠目击者刻画了给定状态产生的量子关联与可分态产生的局域关联的最佳可区分度。在测量装置不可信的实验条件下，纠缠目击者也可类似地进行归一化。最终，无论采用何种实验条件下的纠缠目击者，只要能探测到纠缠，实验者就能够根据纠缠目击者的平均值计算出各种纠缠度量的下限。对于多体系统，归一化的纠缠目击者也可用于估计纠缠深度，即系统至少有多少个粒子是纠缠在一起的。在粒子数趋近无穷的渐进条件下，该方法对某些系统给出基于迹距离的纠缠度量的下界是严格的，即给出准确的纠缠大小。相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.110204（原载于《中国科学报》?2024-04-01 第1版 要闻）