科技日報(bào)合肥5月22日電 （記者吳長鋒）記者22日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校彭新華研究組和香港中文大學(xué)劉仁保研究組合作，利用可控物理過程合成的量子通道，提出了一種選擇性地測量開放量子多體系統(tǒng)中任意類型時序關(guān)聯(lián)的理論方案，并首次在核自旋體系中成功探測了四階量子時序關(guān)聯(lián)。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》。

全面描述一個物理系統(tǒng)的動力學(xué)，需要系統(tǒng)中所有的時序關(guān)聯(lián)信息，即一套動力學(xué)完備的時序關(guān)聯(lián)集合。然而，當(dāng)前的測量方案只能提取少數(shù)特殊形式的時序關(guān)聯(lián)信息。目前為止，還沒有一種系統(tǒng)的、可行的方案來提取動力學(xué)完備集合中所有類型的時序關(guān)聯(lián)信息。如何系統(tǒng)性、選擇性地測量動力學(xué)完備的任意量子時序關(guān)聯(lián)，一直是一個具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題。

為了解決上述難題，彭新華研究組和劉仁保研究組合作，創(chuàng)新性地提出了基于可控物理過程合成量子通道的任意類型量子時序關(guān)聯(lián)選擇性測量協(xié)議。該協(xié)議不僅極大程度提升了高階量子關(guān)聯(lián)的測量信噪比，降低了實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的難度，而且適用于更廣泛的實(shí)驗(yàn)體系，包括單自旋和系綜量子體系。利用核磁共振高精度量子控制，科研人員在多自旋體系上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該測量協(xié)議的可行性，首次成功測量了量子多體系統(tǒng)中的四階量子時序關(guān)聯(lián)。接下來，科研人員將實(shí)驗(yàn)獲得的高階量子關(guān)聯(lián)信息應(yīng)用于高精度量子優(yōu)化控制任務(wù)中。當(dāng)優(yōu)化控制中考慮四階量子關(guān)聯(lián)修正后，量子門保真度可從99.987%提升到99.99996%。

研究人員表示，該研究在量子信息和量子多體物理領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值，如量子控制和量子精密測量、進(jìn)一步提高測量量子時序關(guān)聯(lián)的信噪比和頻譜分辨率等。審稿人對該工作給予了高度評價：“這是量子度量領(lǐng)域的一項(xiàng)重要補(bǔ)充，提供了量子系統(tǒng)動力學(xué)的洞察方法?！?/p>