中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦帶領(lǐng)的研究團隊，在量子資源研究中取得進展，該研究團隊李傳鋒、項國勇研究組與新加坡南洋理工大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)合作，提出量子相干性（quantum coherence）與量子關(guān)聯(lián)（quantum correlation）之間的循環(huán)轉(zhuǎn)化方法，并在光子系統(tǒng)中實驗驗證了該方案。8月2日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《物理評論快報》上。
不同物理資源之間轉(zhuǎn)換是物理學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。最著名的例子是由熱能轉(zhuǎn)換成動能的蒸汽機的發(fā)明。在量子信息領(lǐng)域中，量子資源（量子關(guān)聯(lián)，量子相干性等）不僅對量子力學(xué)基本問題的研究有著極其重要的作用，而且在各種量子任務(wù)中也扮演著不可或缺的角色。量子相干性是量子系統(tǒng)區(qū)別于經(jīng)典系統(tǒng)的根源。
近年來，如何量化和操控量子相干性作為量子資源理論的研究取得進展。量子關(guān)聯(lián)則是比量子糾纏更基本的量，量子糾纏是量子關(guān)聯(lián)的一部分。作為兩種重要的量子資源，量子相干性和量子關(guān)聯(lián)之間能不能相互轉(zhuǎn)化，以及如何轉(zhuǎn)化等問題近兩年受到廣泛關(guān)注。
最近的兩篇理論工作分別提出如何在只允許非相干操作（incoherent operation）的情況下將量子相干性轉(zhuǎn)化成量子關(guān)聯(lián)，以及在只允許局域量子-非相干操作及經(jīng)典通訊（Local quantum-incoherent operation and classical communications）的情況下將兩體系統(tǒng)的量子關(guān)聯(lián)最大化轉(zhuǎn)化到其中一體的相干性。
研究人員將兩個不相關(guān)的過程結(jié)合起來，理論上提出了在上述兩個協(xié)議下實現(xiàn)量子相干性和量子關(guān)聯(lián)之間無損失循環(huán)轉(zhuǎn)化的線路圖。考慮一個兩體系統(tǒng)A和B，B是一個非相干的附屬粒子。在量子相干性到量子關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)化中，通過一個兩體的非相干量子操作使A上的量子相干性完全轉(zhuǎn)化到A與B之間的量子關(guān)聯(lián)上。在量子關(guān)聯(lián)到量子相干性的轉(zhuǎn)化中，通過對B的投影測量加上對A的非相干量子操作，使A的量子相干性最大化。科研人員設(shè)計光學(xué)實驗實現(xiàn)了一次循環(huán)轉(zhuǎn)化的過程。實驗中初始A粒子的相干性有86%被轉(zhuǎn)化成量子關(guān)聯(lián)，完成第二步，即A與B之間的量子關(guān)聯(lián)再次轉(zhuǎn)化成A粒子的相干性后，A粒子的相干性為初始時相干性的80%。該實驗完整展示了量子相干性和量子關(guān)聯(lián)兩種量子資源之間的循環(huán)轉(zhuǎn)化。
論文第一作者為實驗室博士生吳康達，通訊作者為項國勇和新加坡南洋理工大學(xué)教授Mile Gu。研究工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院、教育部，以及新加坡國家研究基金的支持。
論文鏈接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.050401
文章來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
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