【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】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)在量子力學(xué)基本問題的研究中取得新進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)的李傳鋒、許小冶等人與斯德哥爾摩大學(xué)博士Yaron Kedem合作，提出并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了多體非局域波函數(shù)的直接測(cè)量。該研究成果于10月9日發(fā)表在期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上，并入選“編輯推薦”論文。美國物理學(xué)會(huì)網(wǎng)站“物理新聞與評(píng)論”欄目以《直接測(cè)量糾纏態(tài)》為題專文報(bào)道該項(xiàng)成果。
 

　　波函數(shù)是量子力學(xué)核心的概念之一，不論是單體還是多體量子系統(tǒng)，其狀態(tài)都可以用波函數(shù)完全刻畫。目前常用的測(cè)量波函數(shù)的方法是量子態(tài)層析，然而該方法隨著待測(cè)系統(tǒng)規(guī)模的增加，對(duì)資源的消耗呈指數(shù)增長。2011年科學(xué)家們基于弱測(cè)量和弱值(Weak Value)提出單光子空間波函數(shù)的直接測(cè)量方法，避免了量子態(tài)層析中復(fù)雜的重構(gòu)過程。然而對(duì)于多體特別是含有糾纏的量子系統(tǒng)的波函數(shù)直接測(cè)量，卻一直未能取得突破，難點(diǎn)在于無法提取多體系統(tǒng)非局域可觀測(cè)量的弱值。
 

　　李傳鋒研究組繼實(shí)現(xiàn)非局域可觀測(cè)量的量子測(cè)量[Phys. Rev. Lett. 122, 100405 (2019)]后，與Yaron Kedem一起另辟蹊徑，通過巧妙構(gòu)造哈密頓量，實(shí)現(xiàn)對(duì)多體系統(tǒng)局域可觀測(cè)量之和的模量(Modular Value)的測(cè)量，然后利用它與非局域可觀測(cè)量的弱值的數(shù)學(xué)關(guān)系，直接給出后者的取值。該方法成功解決了提取多體系統(tǒng)非局域可觀測(cè)量的弱值這一難題，可以很方便地應(yīng)用到多體非局域波函數(shù)的測(cè)量中。研究組在實(shí)驗(yàn)上利用雙光子超糾纏成功演示了雙光子非局域波函數(shù)的直接測(cè)量。他們將兩個(gè)光子制備到偏振和路徑分別處于大糾纏態(tài)的超糾纏態(tài)上，再實(shí)現(xiàn)偏振和路徑間的相互作用，后通過路徑指針在不同投影基下的計(jì)數(shù)直接測(cè)量出雙光子偏振態(tài)的波函數(shù)。
 

　　該成果實(shí)現(xiàn)多體糾纏系統(tǒng)波函數(shù)的直接測(cè)量，《直接測(cè)量糾纏態(tài)》一文評(píng)論該成果對(duì)未來量子信息技術(shù)中大規(guī)模糾纏系統(tǒng)的探測(cè)提供的方法。該工作還澄清了波函數(shù)的直接測(cè)量技術(shù)源自于弱值而非弱測(cè)量，更為重要的是，對(duì)含有糾纏的多體量子系統(tǒng)波函數(shù)的直接測(cè)量，證明這是一項(xiàng)純粹的量子技術(shù)，而非基于經(jīng)典的干涉過程。該方法為量子物理基本問題的研究帶來新的思路，并對(duì)量子信息技術(shù)的發(fā)展起到重要推動(dòng)作用。
 

　　該論文共同作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生潘維韋與特任副研究員許小冶。該工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院、安徽省以及博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃的資助。