科技日报记者 吴长锋
记者22日从中国科学技术大学获悉，该校彭新华研究组和香港中文大学刘仁保研究组合作，利用可控物理过程合成的量子通道，提出了一种选择性地测量开放量子多体系统中任意类型时序关联的理论方案，并首次在核自旋体系中成功探测了四阶量子时序关联。相关研究成果日前在线发表于国际学术期刊《物理评论快报》。
图片来源：中国科学技术大学
全面描述一个物理系统的动力学，需要系统中所有的时序关联信息，即一套动力学完备的时序关联集合。然而，当前的测量方案只能提取少数特殊形式的时序关联信息。目前为止，还没有一种系统的、可行的方案来提取动力学完备集合中所有类型的时序关联信息。如何系统性、选择性地测量动力学完备的任意量子时序关联，一直是一个具有挑战性的科学问题。
为了解决上述挑战，彭新华研究组和刘仁保研究组合作，创新性地提出了基于可控物理过程合成量子通道的任意类型量子时序关联选择性测量协议。该协议不仅极大程度提升了高阶量子关联的测量信噪比，降低了实验实现的难度，而且适用于更广泛的实验体系，包括单自旋和系综量子体系。利用核磁共振高精度量子控制，科研人员在多自旋体系上实验验证了该测量协议的可行性，首次成功测量了量子多体系统中的四阶量子时序关联。接下来，科研人员将实验获得的高阶量子关联信息应用于高精度量子优化控制任务中。当优化控制中考虑四阶量子关联修正后，量子门保真度可从99.987%提升到99.99996%。
研究人员表示，该研究在量子信息和量子多体物理领域具有潜在的应用价值，如量子控制和量子精密测量、进一步提高测量量子时序关联的信噪比和频谱分辨率等。审稿人对该工作给予了高度评价：“这是量子度量领域的一项重要补充，提供了量子系统动力学的洞察方法。”