量子信息是將信息編碼成量子態的場，利用這些狀態的“量子性”，科學家可以比經典計算機進行更有效的計算和更安全的密碼學。由中國科學院中國科技大學(USTC)郭光燦教授領導的一個團隊，在實驗上實現了非自適應局域測量對兩量子比特和四量子比特糾纏態的可伸縮量子態驗證，其研究成果發表在《物理評論快報》期刊上。將量子系統初始化為某種狀態是量子信息科學的一個重要方面。
雖然已經開發了各種測量策略來表征系統初始化的程度，但對于給定的策略，通常在其效率和量子態的可訪問信息之間存在權衡。傳統的量子狀態層析成像可以表征未知狀態，同時需要非常昂貴的耗時后處理。現在新的理論突破表明，量子態驗證提供了一種用明顯較少的樣本來量化預備態的技術，特別是對于多體糾纏態。在郭光燦教授領導的研究中，對于所有被測試的態，估計的不保真度與樣本數量成反比：
這說明了用少量樣本來表征量子態的能力，與需要非局部測量的全局最優策略相比，實驗效率只差了一個小的常數因子(<2.5)。研究通過實驗對四光子Greenberger-Horne-Zeilinger態進行了表征，比較了量子態驗證和量子態層析的性能差異，結果表明量子態驗證在效率和精度上都具有優勢。中科大在實驗上實現了一種最優量子態驗證(QSV)，這種驗證易于實現，并且對現實中的缺陷具有很強的魯棒性。
研究展示的1/n縮放結果來自策略本身，沒有糾纏或自適應測量。其研究結果對許多量子測量任務都有明確的啟示，并可能為后續更復雜的量子系統奠定堅實的基礎。將量子系統初始化為某種狀態是量子信息科學的一個重要方面。雖然已經開發了各種測量策略來表征系統初始化的程度，但對于給定的策略，通常在其效率和量子態的可訪問信息之間存在權衡。
量子態驗證提供了一種用明顯較少的樣本來量化預備態的技術，特別是對于多體糾纏態。研究修改了原來的方案，使其對實際缺陷具有魯棒性，并在實驗上實現了對具有非自適應局域測量的兩量子比特和四量子比特糾纏態的可擴展量子態驗證。通過實驗對四光子格林伯格-霍恩-澤林格態進行了表征，比較了量子態驗證和量子態層析的性能差異，結果表明量子態驗證在效率和精度上都具有優勢。
博科園｜研究/來自：中國科學院/中國科技大學
參考期刊《物理評論快報》
DOI: 10.1103/physrevlett.125.030506
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