量子導(dǎo)引（quantum steering）是介于量子態(tài)的糾纏不可分性和貝爾非局域性之間的一類特殊的量子非局域特性，描述了作用在糾纏粒子對(duì)中一個(gè)粒子上的局域測(cè)量能夠非局域地影響另一個(gè)粒子狀態(tài)的能力。量子導(dǎo)引具有天然的不對(duì)稱性，被認(rèn)為是單方設(shè)備無關(guān)量子信息處理的必要資源，近年來引起了科學(xué)家對(duì)其理論和實(shí)驗(yàn)的廣泛關(guān)注。對(duì)于大多數(shù)量子系統(tǒng)而言，精確量化糾纏的有效維度是非常重要的。然而，因?yàn)槟壳傲孔訉?dǎo)引有效維度判定理論的限制，實(shí)驗(yàn)上僅允許使用兩組測(cè)量設(shè)置對(duì)量子系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，這種方法不能準(zhǔn)確認(rèn)證量子系統(tǒng)的有效導(dǎo)引維度。

(a) 有效導(dǎo)引結(jié)構(gòu)；(b) 雙光子高維導(dǎo)引實(shí)驗(yàn)；(c) 理論結(jié)果

近日，西安交通大學(xué)物理學(xué)院張沛教授團(tuán)隊(duì)提出了一種高魯棒性和高準(zhǔn)確性的量子導(dǎo)引維度判定方法，在單方設(shè)備無關(guān)情況下，對(duì)共享量子態(tài)的維度進(jìn)行可靠而準(zhǔn)確的認(rèn)證提供了有效途徑。研究工作主要通過更多的測(cè)量設(shè)置對(duì)較低維的量子導(dǎo)引態(tài)集合施加限制，提出更強(qiáng)的基于多測(cè)量設(shè)置的真正高維量子導(dǎo)引理論判據(jù)，并在實(shí)驗(yàn)上利用雙光子高維軌道角動(dòng)量量子糾纏態(tài)，對(duì)理論加以驗(yàn)證。結(jié)果表明，此方法在噪聲環(huán)境下的準(zhǔn)確性和魯棒性均優(yōu)于現(xiàn)有的其他方法。

該研究成果以《基于多測(cè)量設(shè)置的高維量子導(dǎo)引認(rèn)證的魯棒方法》（Robust Method for Certifying Genuine High-Dimensional Quantum Steering with Multimeasurement Settings）為題發(fā)表在美國光學(xué)學(xué)會(huì)旗艦期刊《光學(xué)》（Optica）上。論文第一作者為物理學(xué)院博士研究生瞿睿，通訊作者為張沛教授，西安交通大學(xué)物理學(xué)院為第一單位和唯一通訊單位。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金等資助。

張沛教授團(tuán)隊(duì)長期圍繞渦旋光的精準(zhǔn)操控和精確檢測(cè)開展深入研究，并將這些技術(shù)應(yīng)用于高維量子信息，在相關(guān)理論方法發(fā)展、物理機(jī)理揭示和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等方面取得一系列原創(chuàng)性成果，主持四項(xiàng)國家自然科學(xué)基金、一項(xiàng)裝備預(yù)研重大課題和一項(xiàng)裝備預(yù)研教育部聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目子課題，近5年在PRL、Light: Science & Applications、Optica、npj Quantum information等物理學(xué)高水平期刊發(fā)表論文30余篇。（來源：西安交大）