量子信息处理的不等价互无偏基的实验演示

研究小组首次证明，不等价互无偏基(MUB)对于量子信息处理具有不同的信息提取能力。研究成果发表在《物理评论快报》上。

互补的可观测量，例如坐标和动量，是量子力学的核心概念。相应的测量称为互不偏测量，它们与 MUB 有着千丝万缕的联系。

MUB与互补原理和不确定性关系密切相关，在量子力学的基础研究中发挥着重要作用。结果表明，并非所有无偏碱基都是等效的。当希尔伯特空间的维数等于或大于 4 时，可以构造不等价的 MUB。

相关研究大多局限于非等价MUB的数学差异，很少涉及非等价MUB在量子信息处理中的禀赋差异。因此，研究人员对不同的 MUB 是否会在量子信息处理方面表现出显着差异感兴趣。

研究人员从一个简单的量子估计问题出发，提出了一种新方法来区分不等价MUB之间的操作区别。特别是，三拷贝估计保真度可以区分 4 维希尔伯特空间中的不等价 MUB。

为了便于该方法的实验演示，研究人员构建了两个4维基数较小的4设计，其中一个是由Clifford群生成的，另一个是通过数值优化程序生成的。

基于 4 设计的纯态系综确保了估计保真度不依赖于酉变换，从而反映了无偏基的内在特性。

研究团队利用高精度多拷贝光量子精密测量平台，在三拷贝量子态的实际测量中实验验证了4维空间中不等价的MUB具有不同的信息提取能力

通过在量子态信息提取实验中使用相互无偏的测量，结果表明估计保真度与 MUB 的固有属性有关。

通过选择不同的MUB，实验得到的最大保真度与最小保真度相差约4%，并且与理论预测反应良好，平均偏差仅为0.16%。

这项研究标志着不等价MUB的研究向前迈出了一大步，在量子态估计、纠缠检测和量子通信等许多量子信息处理任务中具有潜在的应用前景。

该研究小组由中国科学技术大学郭光禅院士领衔，与朱黄军教授合作，由李传峰教授、项国勇教授和侯志波教授组成。来自复旦大学，