量子力學颠覆了我們以往對信息與計算的認識，其中最令人難以理解的就是量子糾纏現象。量子糾纏在量子信息領域有着諸多重要應用，但是遺留着許多開放性的問題，其中的一個問題是：如果不對量子系統做全量子态重構（FST）是否能夠獲取量子态的糾纏信息。FST所需要的資源随着系統的維度指數增加，因此回答這個問題有着重要實際意義。2010年，Park等人發文[Phys. Rev. Lett. 105, 230404 (2010)]聲稱可以使用單個樣本測量（single-copy measurements），而不需要做FST就能獲取量子糾纏的并發（concurrence）信息。
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| 圖（a）實驗方案和模拟結果； 圖（b）NMR線路脈沖序列；圖（c）實驗基于local信息确定的态concurrence；圖（d）實驗基于local信息确定的态保真度。 |
中心成員清華大學物理系龍桂魯教授及其博士生辛濤與加拿大滑鐵盧大學Raymond Laflamme教授研究組、以及清華系友曾蓓教授研究組合作，重新研究了使用單樣本測量而不做FST探測量子糾纏的可能性，驚奇的發現這是不可能的，FST對于獲取量子糾纏是必須的條件，并提出了no-go理論，排除了任何使用單樣本測量而不做FST來獲取量子糾纏的non-adaptive方案，理論方法還可以用來研究如positive partial transpose和k-symmestric extendibility等的探測。他們在核磁共振系統上實施了Park等人提出的量子糾纏探測方案，發現實驗過程中收集的局域信息已經完全可以确定未知初始态，即此方案完全等效于FST過程。他們在實驗中發展的基于輔助比特實現局域濾波技術還可以擴展到其他量子系統，用來實現振幅衰減的量子通道。他們的工作揭示了FST和量子糾纏探測之間的重要關系，對後續的量子糾纏探測研究有着指導性的意義。該成果以“Tomography is necessary for universal entanglement detection with single-copy observables”為題于2016年6月7日發表在Physical Review Letters[116,230501(2016)]。辛濤同學為三個并列第一作者之一。
原文鍊接：http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.230501
