我国学者实现真多体纠缠子空间自检验

记者22日(rì)从中国科学技术大学获悉，该校(gāixiào)郭光灿院士团队柳必恒研究员课题组与合肥(héféi)本源量子计算科技(kējì)有限责任公司合作，在光学和超导两个量子系统中实现真多体纠缠子空间的设备无关(wúguān)表征，完成了五比特纠错码码空间的自检验。研究成果日前表在《物理进展报告》上。 在量子信息领域，真多体(tǐ)纠缠态作为量子纠缠的最强形态，要求系统中任意两个子系统(zixìtǒng)间均存在纠缠关联。由其构成的真纠缠子空间(kōngjiān)具有重要应用价值，特别是可以用于设计量子纠错码，通过将量子信息编码在子空间中，避免因(yīn)局部退相干导致的错误扩散。然而，与两体纠缠态及真多体纠缠态的表征不同，真纠缠子空间的理论分析工具和(hé)实验验证方法仍(réng)处于空白状态。虽然基于贝尔不等式的自检验(jiǎnyàn)方法已成功应用于量子纠缠态的设备无关(wúguān)认证，但将其拓展至多体纠缠子空间仍面临重大挑战。 近期，理论工作者构建了基于稳定子(zi)(zi)码框架的新型贝尔不等式，该方案可实现对纠缠子空间的普适性表征——子空间内任意量子态（包括混态）均能最大程度违背该不等式，从而为真纠缠子空间的自(zì)检验提供(tígōng)了理论依据。 为验证这一创新方法，研究团队在光学系统和“本源悟空(wùkōng)”超导(chāodǎo)量子计算机上同步开展实验，成功(chénggōng)完成五比特量子纠错码码空间的设备无关认证。通过制备系列逻辑量子态并进行贝尔测试(cèshì)，实验数据显示两种系统的逻辑子空间保真度分别达到82%和62%以上。该过程仅依赖实验观测的数据而无需对实验设备做(zuò)可信假设。 在对(duì)比实验中，研究团队模拟了单个物理比特错误场景，发现逻辑态完全丧失对贝尔不等式的违背能力，证明其已脱离目标逻辑子(zi)空间。通过进一步(jìnyíbù)检验(jiǎnyàn)错误子空间对应的贝尔不等式，团队成功实现对逻辑量子态空间演化的全程监控。