Chip发表中科大郭光灿院士团队和同济程书明团队合作的最新成果

　　FUTURE | 远见 闵青云 选编
　　近日，中国科学技术大学 郭光灿院士团队 和同济大学 程书明研究员团队 以「Experimental investigation of measurement incompatibility of mutually unbiased bases」¹为题在  Chip  上发表研究论文， 第一作者为郭钰，通讯作者为程书明和柳必恒。  Chip  是全球唯一聚焦芯片类研究的综合性国际期刊，是入选了国家高起点新刊计划的「三类高质量论文」期刊之一。
　　随着理论和技术的发展，人们发现对于很多量子信息处理过程可以构建相应的量子资源理论框架²，用于定量刻画该过程中重要的量子资源在特定演化、操作下如何转化。相反，利用量子资源理论可以比较实现特定量子信息任务的不同方案的资源消耗，从而寻找最优途径甚至开发新的探测协议。近年来，人们对量子纠缠、量子相干性、不兼容性、纯度、热力学和非对称性等量子资源进行了系统研究。
　　量子力学中，不能被同时精确测量的可观测量叫做不兼容测量³，对其中一个可观测量进行测量必然影响另外一个可观测量的测量结果。不兼容测量是实现很多量子信息任务，例如量子密钥分发、量子非局域性等的重要资源，其量子资源框架近期被理论物理学家建立起来⁴。
　　图1 | 互相无偏基(MUB) 量子不相容性的实验验证。
　　图2 | MUB量子不相容的边界特征。
　　在这项工作中，研究人员在量子资源理论的操作框架内研究了互相无偏基 (MUB) 的量子不相容性，并通过量子态鉴别任务完成了实验验证 （如图1）。具体而言，团队基于识别量子态的成功概率，构建了一个实验友好的目击算符来检测MUB的不兼容性。此外，团队还证明可以通过上述目击算符的违背量定义MUB 的噪声鲁棒性。最后，研究人员通过实验测试了维度范围为 2 到 4 的MUB 的不相容性，如图2，并证明随着系统维度或MUB 数量的增加，其不兼容性对噪声的鲁棒性更强。这项研究结果有助于探索不相容测量在量子信息的理论和实际应用中的重要作用，且对在光量子芯片中研究更高维度MUB的不兼容性有启发意义。
　　Experimental investigation of measurement incompatibility of mutually unbiased bases¹
　　Incompatible measurements³ are of fundamental importance to revealing the peculiar features of quantum theory, and are also useful resources in various quantum information tasks. In this work, we investigate the quantum incompatibility of mutually unbiased bases (MUBs) within the operational framework of quantum resource theory²⁻⁴, and report an experimental validation via the task of state discrimination (Fig. 1). In particular, researchers construct an experimentally friendly witness to detect incompatible MUBs, based on the probability of correctly discriminating quantum states.
　　Furthermore, the researchers prove that the noise robustness of MUBs can be retrieved from violating the above witness. Finally, the researchers experimentally test the incompatibility of MUBs of dimensionality ranging from 2 to 4, as shown in Fig.2, and demonstrate that the systemis more robust to noise, as either the dimensionality of measurements or the number of MUBs increases. The results aid in exploring the essential roles of incompatible measurements in both theoretical and practical applications in quantum information.Further，this work may serve to inspire future investigation into higher-dimensional MUB incompatibility on photonic chip.
　　参考文献：
　　1. Guo, Y. et al. Experimental investigation of measurement incompatibility of mutually unbiased bases.   Chip    2 ，100039 (2023).
　　2. Chitambar, E. & Gour, G. Quantum resource theories.   Rev. Mod. Phys  .  91,  025001 (2019).
　　3. Guhne, O., Haapasalo, E., Kraft, T., Pellonpää, J.-P. & Uola, R. Colloquium: incompatible measurements in quantum information science.   Rev. Mod. Phys.    95 , 011003 (2023).
　　4. Carmeli, C., Heinosaari, T. & Toigo, A. Quantum incompatibility witnesses.   Phys. Rev. Lett  .  122 , 130402 (2019).
　　论文链接：
　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2709472323000047
　　关于Chip
　　Chip 是全球唯一聚焦芯片类研究 的综合性国际期刊，已入选由中国科协、教育部、科技部、中科院等单位联合实施的「中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目」，为科技部鼓励发表「三类高质量论文」期刊之一。
　　Chip 期刊由上海交通大学与Elsevier集团合作出版 ，并与多家国内外知名学术组织展开合作，为学术会议提供高质量交流平台。
　　Chip 秉承创刊理念: All About Chip ，聚焦芯片，兼容并包，旨在发表与芯片相关的各科研领域尖端突破性成果，助力未来芯片科技发展。迄今为止， Chip  已在其编委会汇集了来自14个国家的70名世界知名专家学者 ，其中包括多名中外院士及IEEE、ACM、Optica等知名国际学会终身会士（Fellow）。
　　Chip 第二卷第一期（2023年春季刊）于2023年03月在爱思唯尔 Chip 官网以金色开放获取形式（Gold Open Access）发布，欢迎访问阅读文章。
　　爱思唯尔  Chip  官网：
　　https://www.journals.elsevier.com/chip