中國(guó)科大實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)量子相干性蒸餾

　　近日，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在量子相干性實(shí)驗(yàn)研究方面取得進(jìn)展，實(shí)驗(yàn)室李傳鋒、項(xiàng)國(guó)勇研究組首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于輔助比特的量子相干性蒸餾。該研究成果在線發(fā)表在最近一期的美國(guó)光學(xué)協(xié)會(huì)（OSA）旗下雜志Optica上。

　　量子相干性（quantum coherence）作為一種對(duì)量子疊加性的量化，是量子物理與量子信息的核心所在，在各種量子任務(wù)（如量子計(jì)算、量子通訊等）中具有重要應(yīng)用。近年來，隨著對(duì)量子相干性度量的嚴(yán)格定義的提出，量子相干性已經(jīng)被看作一種量子資源，對(duì)它的蒸餾提取與操控成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。最近的理論工作[Phys. Rev. Lett. 116, 070402 (2016)]研究了量子相干性在兩體量子系統(tǒng)Alice與Bob中的轉(zhuǎn)化問題。此任務(wù)是在局域量子-非相干操作以及經(jīng)典通訊的協(xié)議（Local Quantum-Incoherent Operation and Classical Communication，LQICC）下，研究人員只能對(duì)Bob進(jìn)行局域非相干操作，而對(duì)輔助系統(tǒng)Alice可以做任意的局域操作，Alice和Bob可以進(jìn)行經(jīng)典通訊，最終使Bob系統(tǒng)中量子相干性最大化。該理論工作給出了一個(gè)普適的最優(yōu)解，即基于輔助量子系統(tǒng)Alice實(shí)現(xiàn)對(duì)Bob系統(tǒng)的量子相干性蒸餾。

　　李傳鋒、項(xiàng)國(guó)勇等設(shè)計(jì)了上述理論的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)方案，研究了兩量子比特系統(tǒng)分別為純態(tài)和混態(tài)時(shí)量子相干性的最優(yōu)提取問題。實(shí)驗(yàn)對(duì)兩類不同的純態(tài)以及Werner態(tài)（一類特殊的混合態(tài)）進(jìn)行了研究，在LQICC協(xié)議下對(duì)輔助比特Alice進(jìn)行了最優(yōu)的投影測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)Bob進(jìn)行相應(yīng)的非相干操作，實(shí)現(xiàn)了單一拷貝情況下對(duì)Bob的相干性的最大化提取。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)純態(tài)系統(tǒng)，可以達(dá)到理論上對(duì)Bob系統(tǒng)量子相干性的最優(yōu)提?。欢鴮?duì)混態(tài)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)量子相干性的蒸餾并且比對(duì)量子糾纏的蒸餾要求要低。

　　該工作首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于輔助比特的量子相干性蒸餾，該成果在遠(yuǎn)程量子信息處理及量子控制中有重要應(yīng)用。

　　論文的共同第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生吳康達(dá)和博士后侯志博，該工作得到國(guó)家基金委、科技部、教育部和中科院的支持。

量子相干性蒸餾實(shí)驗(yàn)裝置圖 

量子相干性蒸餾實(shí)驗(yàn)結(jié)果