在實驗上首次發(fā)現(xiàn)量子關聯(lián)可以不被環(huán)境破壞；解決了對量子糾纏在噪聲信道中演化進行有效刻劃的世界難題；首次觀察到量子糾纏“死而復活”現(xiàn)象

　 4月12日，國際權威學術期刊《自然》子刊《自然—通訊》創(chuàng)刊號上，發(fā)表了中國科大郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室關于經(jīng)典關聯(lián)和量子關聯(lián)在消相干環(huán)境中演化的實驗研究成果，他們在實驗上首次發(fā)現(xiàn)量子關聯(lián)可以不被環(huán)境破壞。這是該實驗室近四個月以來發(fā)表的第三項重要成果，另兩項成已先后發(fā)表在國際著名學術期刊《物理評論快報》上。

　 在量子信息科學發(fā)展的初期，人們認識到糾纏是量子信息技術優(yōu)越性的關鍵所在。然而隨著近幾年的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)了一個更普遍的概念—關聯(lián)，它反映了量子態(tài)各部分之間的相互聯(lián)系。關聯(lián)可分為經(jīng)典關聯(lián)和量子關聯(lián)，而糾纏只是量子關聯(lián)中特殊的一類。人們發(fā)現(xiàn)，沒有糾纏的量子關聯(lián)也能實現(xiàn)許多量子信息過程，而且量子關聯(lián)可以用來解決諸如相變等物理難題。

　 但作為量子通信和量子計算領域重要資源的量子關聯(lián)非常脆弱，很容易被環(huán)境破壞而消失，如何解決這一問題，一直是對學術界的極大挑戰(zhàn)。中國科大中科院量子信息重點實驗室李傳鋒博士研究組，在光學系統(tǒng)中制備出各種貝爾對角態(tài)，用它們作為初始態(tài)在消相干環(huán)境中進行傳輸，在實驗上研究關聯(lián)的演化。他們在世界上首次發(fā)現(xiàn)了一類初態(tài)，其量子關聯(lián)能在很大范圍的消相干環(huán)境中不被破壞，稱之為量子關聯(lián)無消相干子空間。同時，他們還驗證了量子關聯(lián)與經(jīng)典關聯(lián)在消相干演化過程中的突變現(xiàn)象，并證實，某些特殊的初始態(tài)在演化過程中量子關聯(lián)可以大于經(jīng)典關聯(lián)，推翻了以前文獻中經(jīng)典關聯(lián)一定大于等于量子關聯(lián)的猜想。這項成果將極大地推動量子關聯(lián)的物理學研究及其應用研究，尤其是量子關聯(lián)無消相干子空間和關聯(lián)演化中的突變現(xiàn)象，更是值得深入探索的重要科學問題。

　 此外，前不久，李傳鋒研究組還解決了對量子糾纏在噪聲信道中演化進行有效刻劃的世界難題。量子信道是構造量子網(wǎng)絡必不可少的物質(zhì)基礎，由于真實信道具有不可避免的損耗，因此如何在實驗上有效地定量描述糾纏在信道中的傳輸，一直困擾著學術界。以往的方法是采取態(tài)層析技術，但由于各粒子間糾纏的存在，要對多粒子態(tài)進行層析，其難度難以想象。李傳鋒研究組采用一種新的表征方式，他們應用光學體系在實驗上證實，只要給定輸入態(tài)的糾纏度便可輕而易舉地得到輸出態(tài)的糾纏度，這對于量子網(wǎng)絡通信具有重要意義。

　 該小組還創(chuàng)造性地利用特制的法布里-玻羅腔作為量子信道，在光學體系中首次觀測到量子糾纏的崩塌與復原現(xiàn)象，即糾纏逐漸減少后在相同環(huán)境下繼續(xù)傳輸又會自動增加。特別有趣的是，他們還首次觀察到了量子糾纏突然死亡一段時間后又重新復活這一奇異現(xiàn)象。這一成果將在量子存儲等方面獲得重要應用。