[發明專利]量子糾纏態的探測系統及方法

有效

• 申請號: 201810732952.0
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108960435B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 馬雄峰;趙琦
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06N10/00
• 分類號: G06N10/00
• 代理公司: 上海巔石知識產權代理事務所(普通合伙) 31309
• 代理人: 王再朝;高磊

本申請提供一種量子糾纏態的探測系統及方法，所述方法包括以下步驟：對目標量子系統進行全局糾纏探測以獲取所述多個量子的糾纏信息；所述量子系統中包括有多個量子；當探測到所述量子系統不是全局糾纏時，基于所述糾纏信息分析所述量子系統的糾纏可分離性；對所述量子系統進行再次探測以獲得所述量子系統的糾纏深度；以及依據所述糾纏深度及糾纏可分離性確定所述量子系統的糾纏結構。本申請能夠詳細地且簡單高效地探測出糾纏的結構，從而更好地檢測標定技術的進展，更加有效地利用糾纏態。

技術領域

本申請涉及量子計算技術領域，特別是涉及一種量子糾纏態的探測系統及方法。

背景技術

量子計算因為在某些具體問題中更為高效的表現而引起了國內外的高度重視，許多企業和科研院校都在為實現量子通信或量子計算(quantum computing)而努力。量子糾纏是絕大多數量子信息處理任務中不可或缺的資源。通過操控量子糾纏，我們可以實現經典力學框架下無法完成的通信任務，例如量子密鑰分發(quantum key distribution)，量子隱形傳態(quantum teleportation)，貝爾非局域性驗證(Bell nonlocal test)，以及產生設備無關量子隨機數(device-independent quantum random number)等。在量子計算(quantum computing)方面，量子糾纏也被廣泛地認為是其中的重要資源。在一定規模的量子計算機上運行量子算法，理論上可以實現比任何運行當前最優經典算法的超級計算機更快地解決某些問題。

在諸多的實現量子計算的方案中，基于測量的量子計算方案是通過對具有多體糾纏的圖態(graph state)進行單比特測量和經典反饋來實現的。在其他的量子計算方案中，盡管多體系統的糾纏并不是必要條件，但多體糾纏作為一種獨特的資源，是量子優勢的主要來源。因此，制備多體系統糾纏的能力也被看作是量子系統的優劣的重要指標。

由于系統和環境不可避免的耦合引起的噪聲，以及實驗裝置本身的缺陷，真實制備的量子態往往偏離了理論設計的目標多體糾纏態。被制備的量子態通常只實現了部分糾纏，并沒有實現全局糾纏。在制備大規模多體糾纏時，即使沒有產生全局的多體糾纏，但也并不是完全可分態，依然有著量子優勢。因此，探測制備態是以何種程度、何種方式被糾纏起來也有著重要的意義。

在分析與見證糾纏結構時，由于多體系統的復雜性，刻畫它的糾纏結構往往需要非常多的操作，從而增加了實驗的復雜性。隨著總的粒子數的增加，為了更有效地去見證糾纏結構，關于減少見證過程所使用測量數量的研究十分重要。現有的探測方法大多集中在對全局糾纏的探測。雖然也出現了基于貝爾不等式的設備無關的糾纏深度探測方案，但是仍然缺乏簡單有效的實用性高的探測糾纏具體結構的方法。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本申請的目的在于提供一種量子糾纏態的探測系統及方法，用以實現高效準確地探測出多體糾纏的具體結構的目的。

為實現上述目的及其他相關目的，本申請的第一方面提供一種量子糾纏態的探測方法，包括以下步驟：對目標量子系統進行全局糾纏探測以獲取所述多個量子的糾纏信息；所述量子系統中包括有多個量子；當探測到所述量子系統不是全局糾纏時，基于所述糾纏信息分析所述量子系統的糾纏可分離性；對所述量子系統進行再次探測以獲得所述量子系統的糾纏深度；以及依據所述糾纏深度及糾纏可分離性確定所述量子系統的糾纏結構。

在本申請的第一方面的某些實施方式中，所述進行全局纏測探測的步驟為依據所述量子系統的先驗信息對所述量子系統進行全局纏測探測。

在本申請的第一方面的某些實施方式中，所述先驗信息為基于所述目標量子系統的目標量子態確定探測手段。

在本申請的第一方面的某些實施方式中，所述目標量子態包括GHZ態，Dicke態，簇態(cluster state)W態，或anti-W態。