Forskargrupper visade för första gången att inekvivalenta ömsesidigt opartiska baser (MUB) har olika informationsextraktionsförmåga för kvantinformationsbehandling. Forskningsresultaten publicerades i Physical Review Letters .
Kompletterande observerbara objekt, såsom koordinater och momentum, är kärnbegrepp inom kvantmekaniken. Motsvarande mätningar kallas ömsesidigt opartiska mätningar, som är oupplösligt kopplade till MUB.
MUB är djupt relaterade till både komplementaritetsprincipen och osäkerhetsrelationen, och spelar en viktig roll i den grundläggande studien av kvantmekanik. Det har visat sig att inte alla opartiska baser är likvärdiga. Olikvärdiga MUB kan konstrueras när dimensionen på Hilbert-utrymmet är lika med eller mer än 4.
De flesta av de relaterade studierna har begränsats till de matematiska skillnaderna mellan inekvivalenta MUB:er och behandlar sällan begåvningsskillnaderna för olikvärdiga MUB:er i kvantinformationsbehandling. Därför var forskarna intresserade av huruvida likvärdiga MUB:er skulle visa signifikanta skillnader i bearbetning av kvantinformation.
Med utgångspunkt från ett enkelt kvantuppskattningsproblem föreslog forskarna en ny metod för att skilja de operativa skillnaderna mellan olikvärdiga MUB:er. I synnerhet kan uppskattningstroheten i tre kopior skilja mellan olikvärdiga MUB i ett Hilbert-utrymme med dimension 4.
För att underlätta den experimentella demonstrationen av denna metod, konstruerade forskare två 4-designer med mindre kardinaliteter i dimension 4, varav den ena genererades med Clifford-gruppen och den andra som genererades med en numerisk optimeringsprocedur.
Den 4-designbaserade ensemblen av rena tillstånd säkerställer att uppskattningstroheten inte beror på de enhetliga transformationerna, vilket återspeglar de inneboende egenskaperna hos opartiska baser.
Forskargruppen, genom att använda den optiska kvantprecisionsmätplattformen med hög precision i flera kopior, verifierade experimentellt att olikvärdiga MUB:er i 4-dimensionell rymd hade olika informationsextraktionsförmåga i själva mätningen av trekopiakvanttillstånd
Med ömsesidigt opartiska mätningar som användes i experimentet för extraktion av kvanttillståndsinformation, avslöjades det att uppskattningstroheten var relaterad till MUB:s inneboende egenskaper.
Med det olika urvalet av MUB:erna skiljer sig den experimentellt erhållna maximala troheten från minimitroheten med cirka 4 %, och den svarade väl på den teoretiska förutsägelsen med endast 0,16 % genomsnittlig avvikelse.
Den här studien markerar ett stort steg framåt i studiet av olikvärdiga MUB:er, och den har potentiella tillämpningar i många kvantinformationsbearbetningsuppgifter såsom kvanttillståndsuppskattning, intrasslingsdetektering och kvantkommunikation.
Forskargrupperna inkluderar Prof. Li Chuanfeng, Prof. Xiang Guoyong och Prof. Hou Zhibo, ledda av akademiker Guo Guangchan från University of Science and Technology of China (USTC) vid Chinese Academy of Science (CAS), i samarbete med professor Zhu Huangjun från Fudan University,
