中國科大郭光燦院士團(tuán)隊在量子信息基礎(chǔ)理論研究中取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊李傳鋒、項國勇研究組與華沙大學(xué)Alexander Streltsov等人合作，對復(fù)數(shù)這種量子資源進(jìn)行了深入的研究，并取得一系列重要的進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果以“Editors’ Suggestion”（編輯推薦文章）的形式于3月1日在國際著名物理期刊《Physical Review Letters》和《Physical Review A》上聯(lián)合發(fā)表。

復(fù)數(shù)是一種數(shù)學(xué)工具，然而它廣泛應(yīng)用于力學(xué)、電動力學(xué)和光學(xué)等物理學(xué)相關(guān)的領(lǐng)域中，使相應(yīng)的理論有了一個優(yōu)雅簡潔的表述。量子力學(xué)的誕生給出了波和粒子的統(tǒng)一圖景，進(jìn)一步加強了復(fù)數(shù)在物理學(xué)中的突出作用。復(fù)數(shù)結(jié)構(gòu)是否是量子力學(xué)所必須的？這個問題長期以來引起了物理學(xué)家們的爭論。

項國勇等人將復(fù)數(shù)作為一種量子資源，揭示了其在局部量子態(tài)區(qū)分中有著不可替代的作用，并且更進(jìn)一步在量子資源理論的框架下，研究了該種資源的度量方式以及在各種量子操作下的轉(zhuǎn)化問題。他們從理論上完全解決了復(fù)數(shù)大小的魯棒性度量問題、單比特量子態(tài)在自由操作下的轉(zhuǎn)化問題以及任意純態(tài)的在自由操作下的相互轉(zhuǎn)化概率問題。項國勇等人利用參量下轉(zhuǎn)換制備的雙光子糾纏態(tài)，進(jìn)一步測定并比較了當(dāng)僅用實數(shù)測量基和可使用任意測量基情形下的局部量子態(tài)區(qū)分的成功概率，成功觀察到了當(dāng)使用復(fù)數(shù)測量基時其成功概率的增加，從而驗證了復(fù)數(shù)在量子力學(xué)中具有重要的作用。

局部量子態(tài)區(qū)分成功概率的實驗測定值

該工作證明了虛部在量子力學(xué)理論中是不可或缺的。審稿人認(rèn)為：“I find that the quantum imaginarity can be considered as a stronger form of quantum coherence, ……., I also think that the results in the manuscript will stimulate the research on the quantum foundation and the quantum resource theories with a richer structure.（我認(rèn)為量子虛部可以看成是量子相干性的一種更強的形式，……，我也認(rèn)為該工作可以激發(fā)更多的量子力學(xué)基本問題和更豐富結(jié)構(gòu)的量子資源理論。）”

兩篇論文的第一作者為中科院量子信息重點實驗室的博士后吳康達(dá)，通訊作者為項國勇教授以及華沙大學(xué)的Alexander Streltsov博士。該工作得到了科技部、國家基金委、中科院、安徽省、學(xué)校國際合作交流部以及波蘭科學(xué)基金會的支持。

論文鏈接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.090401

https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.103.032401

（中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）

新聞鏈接：http://news.ustc.edu.cn/info/1055/74312.htm

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