中國青年報客戶端訊（通訊員 桂運安 中青報·中青網記者 王磊）記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊在量子測量研究中取得重要進展，該團隊李傳鋒、項國勇研究組與德國、意大利、瑞士理論物理學者合作，在光子系統中首次實驗使用糾纏集體測量，將量子比特熱力學系統中投影測量反作用降至最小。成果於11月16日發表在《物理評論快報》上。
圖1：實驗原理圖與實驗裝置圖
對演化的相干量子系統上的一個可觀測量進行兩次投影測量時，第一次測量通常會改變第二次測量的統計信息，這就是所謂的測量反作用。這一反作用的根源在於量子投影測量會完全破壞量子系統的量子疊加性。國外科學家研究指出，在不違背量子熱力學的基本漲落理論的前提下，無法設計出一個測量方案完全避免反作用，但可以通過集體測量的方式來減少反作用的程度。基於以上的理論結果，中國科大團隊於2019年首次在實驗上利用量子集體測量成功觀測到測量反作用力的減小。
然而，中國科大團隊先前的工作所使用的集體測量，均為可分離量子集體測量。是否存在糾纏的集體測量超越已經實現的反作用減少程度？
中國科大團隊就兩比特情形下，對最優化的集體測量形式進行了深入的研究，他們發現在理論上存在一個最優的糾纏集體測量，能在兩比特系統中使反作用達到最小，並且在強相干演化的情形下，其反作用可被壓制為0。他們利用單光子的多個自由度結合光量子行走的實驗技術，設計並以高達0.985的保真度實現了該糾纏集體測量，成功地在實驗上把投影測量反作用降至最小。
圖2：實驗結果。對不同初始量子態和演化過程，利用糾纏集體測量實現反作用力的減小。
該工作對集體測量以及量子熱力學的研究具有重要意義。審稿人認為，這項工作是該領域的一項重大進展，是新理論和完美實驗實現的成功結合。
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