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(shí)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(shí)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(gè)物理系統(tǒng)的動力學(xué)，需要系統(tǒng)中所有的時(shí)序關(guān)聯(lián)信息，即一套動力學(xué)完備的時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)序關(guān)聯(lián)，一直是一個(gè)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(shí)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(shí)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(jià)值，如量子控制和量子精密測量、進(jìn)一步提高測量量子時(shí)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(jià)：“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>