中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊(duì)在量子相干性理論與實(shí)驗(yàn)研究中取得新進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、項(xiàng)國勇等人與波蘭華沙大學(xué)以及德國烏爾姆大學(xué)理論物理學(xué)家合作，首次在理論上完全解決量子比特在非相干操作（不增加相干性的操作）下的轉(zhuǎn)化問題并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，該成果2月13日發(fā)表在國際物理學(xué)學(xué)術(shù)期刊npj Quantum Information上。

　　量子相干性（quantum coherence）作為一種對量子疊加性的量化，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。最近量子相干性的嚴(yán)格定義的提出促進(jìn)了量子相干性資源理論的發(fā)展。量子相干性的資源理論主要研究量子疊加性的操作性價(jià)值，其中一個(gè)核心問題是量子態(tài)在非相干操作下的轉(zhuǎn)化問題。項(xiàng)國勇研究組及其理論合作者在理論上完全解決了量子比特在非相干操作下的轉(zhuǎn)化問題，并且將該結(jié)果擴(kuò)展到了分布式體系中的相干性轉(zhuǎn)化的研究，完全解決了兩體純態(tài)的輔助轉(zhuǎn)化以及部分解決了混合態(tài)的輔助轉(zhuǎn)化。

　　在這些理論工作的基礎(chǔ)上，項(xiàng)國勇研究組設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。他們將量子比特編碼到光子的偏振態(tài)中，首次設(shè)計(jì)出全光學(xué)的嚴(yán)格非相干操作的裝置，并以高保真度實(shí)現(xiàn)了單量子比特以及分布式體系中的量子比特在非相干操作下的轉(zhuǎn)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用光學(xué)技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)量子態(tài)在非相干操作下轉(zhuǎn)化的研究，這為利用現(xiàn)有光學(xué)技術(shù)在具體應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)相干性轉(zhuǎn)化鋪平了道路。

　　近年來，項(xiàng)國勇研究組在相干性的理論及實(shí)驗(yàn)研究上取得了一系列進(jìn)展，繼2017年首次實(shí)現(xiàn)量子相干性的輔助提取（Wu et al. Optica 4, 454–459 (2017)）以及2018年提出以及驗(yàn)證量子相干性和量子關(guān)聯(lián)的循環(huán)轉(zhuǎn)化（Wu et al. Phys. Rev. Lett. 121, 050401 (2018)）以后，本成果首次完全解決了量子比特在相干性資源理論中的轉(zhuǎn)化問題，并得到審稿人的高度肯定。

　　文章共同第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生吳康達(dá)和德國烏爾姆大學(xué)的Thomas Theurer，通訊作者為該實(shí)驗(yàn)室教授項(xiàng)國勇以及華沙大學(xué)博士Alexander Streltsov。

　　該研究得到科技部、國家基金委、中科院、安徽省的支持。

　　文章鏈接 

　　圖1：實(shí)現(xiàn)量子態(tài)非相干轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)裝置圖 

　　圖2：量子態(tài)在非相干性操作下的轉(zhuǎn)化（理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖）