在實(shí)驗上首次發(fā)現量子關(guān)聯(lián)可以不被環(huán)境破壞；解決了對量子糾纏在噪聲信道中演化進(jìn)行有效刻劃的世界難題；首次觀(guān)察到量子糾纏“死而復活”現象

　 4月12日，國際權威學(xué)術(shù)期刊《自然》子刊《自然—通訊》創(chuàng )刊號上，發(fā)表了中國科大郭光燦院士領(lǐng)導的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗室關(guān)于經(jīng)典關(guān)聯(lián)和量子關(guān)聯(lián)在消相干環(huán)境中演化的實(shí)驗研究成果，他們在實(shí)驗上首次發(fā)現量子關(guān)聯(lián)可以不被環(huán)境破壞。這是該實(shí)驗室近四個(gè)月以來(lái)發(fā)表的第三項重要成果，另兩項成已先后發(fā)表在國際著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上。

　 在量子信息科學(xué)發(fā)展的初期，人們認識到糾纏是量子信息技術(shù)優(yōu)越性的關(guān)鍵所在。然而隨著(zhù)近幾年的深入研究，人們發(fā)現了一個(gè)更普遍的概念—關(guān)聯(lián)，它反映了量子態(tài)各部分之間的相互聯(lián)系。關(guān)聯(lián)可分為經(jīng)典關(guān)聯(lián)和量子關(guān)聯(lián)，而糾纏只是量子關(guān)聯(lián)中特殊的一類(lèi)。人們發(fā)現，沒(méi)有糾纏的量子關(guān)聯(lián)也能實(shí)現許多量子信息過(guò)程，而且量子關(guān)聯(lián)可以用來(lái)解決諸如相變等物理難題。

　 但作為量子通信和量子計算領(lǐng)域重要資源的量子關(guān)聯(lián)非常脆弱，很容易被環(huán)境破壞而消失，如何解決這一問(wèn)題，一直是對學(xué)術(shù)界的極大挑戰。中國科大中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗室李傳鋒博士研究組，在光學(xué)系統中制備出各種貝爾對角態(tài)，用它們作為初始態(tài)在消相干環(huán)境中進(jìn)行傳輸，在實(shí)驗上研究關(guān)聯(lián)的演化。他們在世界上首次發(fā)現了一類(lèi)初態(tài)，其量子關(guān)聯(lián)能在很大范圍的消相干環(huán)境中不被破壞，稱(chēng)之為量子關(guān)聯(lián)無(wú)消相干子空間。同時(shí)，他們還驗證了量子關(guān)聯(lián)與經(jīng)典關(guān)聯(lián)在消相干演化過(guò)程中的突變現象，并證實(shí)，某些特殊的初始態(tài)在演化過(guò)程中量子關(guān)聯(lián)可以大于經(jīng)典關(guān)聯(lián)，推翻了以前文獻中經(jīng)典關(guān)聯(lián)一定大于等于量子關(guān)聯(lián)的猜想。這項成果將極大地推動(dòng)量子關(guān)聯(lián)的物理學(xué)研究及其應用研究，尤其是量子關(guān)聯(lián)無(wú)消相干子空間和關(guān)聯(lián)演化中的突變現象，更是值得深入探索的重要科學(xué)問(wèn)題。

　 此外，前不久，李傳鋒研究組還解決了對量子糾纏在噪聲信道中演化進(jìn)行有效刻劃的世界難題。量子信道是構造量子網(wǎng)絡(luò )必不可少的物質(zhì)基礎，由于真實(shí)信道具有不可避免的損耗，因此如何在實(shí)驗上有效地定量描述糾纏在信道中的傳輸，一直困擾著(zhù)學(xué)術(shù)界。以往的方法是采取態(tài)層析技術(shù)，但由于各粒子間糾纏的存在，要對多粒子態(tài)進(jìn)行層析，其難度難以想象。李傳鋒研究組采用一種新的表征方式，他們應用光學(xué)體系在實(shí)驗上證實(shí)，只要給定輸入態(tài)的糾纏度便可輕而易舉地得到輸出態(tài)的糾纏度，這對于量子網(wǎng)絡(luò )通信具有重要意義。

　 該小組還創(chuàng )造性地利用特制的法布里-玻羅腔作為量子信道，在光學(xué)體系中首次觀(guān)測到量子糾纏的崩塌與復原現象，即糾纏逐漸減少后在相同環(huán)境下繼續傳輸又會(huì )自動(dòng)增加。特別有趣的是，他們還首次觀(guān)察到了量子糾纏突然死亡一段時(shí)間后又重新復活這一奇異現象。這一成果將在量子存儲等方面獲得重要應用。