中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子信息基礎(chǔ)研究中取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、許金時(shí)、孫凱等人實(shí)驗(yàn)研究了量子導(dǎo)引在開放系統(tǒng)中的動(dòng)力學(xué)演化，驗(yàn)證了非馬爾科夫記憶效應(yīng)在恢復(fù)量子導(dǎo)引過程中的作用。該研究成果于5月16日在線發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》上。

量子導(dǎo)引是介于量子糾纏和貝爾非局域性之間的一種量子非局域關(guān)聯(lián)，描述了一方的局域測量影響另一方量子態(tài)的現(xiàn)象。其特有的方向性允許存在單向量子導(dǎo)引，即一方可以成功地導(dǎo)引另一方，反之卻不行。目前大多數(shù)量子導(dǎo)引的研究都是在封閉量子體系下進(jìn)行的，而實(shí)際情形中，量子系統(tǒng)和環(huán)境之間的相互作用是不可避免的，并且這種相互作用通常會(huì)使得系統(tǒng)的信息逐漸向環(huán)境耗散。然而，在非馬爾可夫環(huán)境中，其記憶效應(yīng)會(huì)使得已耗散的信息從環(huán)境回流到量子系統(tǒng)中，具體回流的能力由環(huán)境的非馬爾可夫度進(jìn)行刻畫，更高的非馬爾可夫度意味著更強(qiáng)的信息回流能力。

近年來，李傳鋒、許金時(shí)、孫凱等人對量子導(dǎo)引開展了一系列的實(shí)驗(yàn)研究，包括全對無量子導(dǎo)引的驗(yàn)證[PRL 113, 140402 (2014)]、單向量子導(dǎo)引的實(shí)現(xiàn)[PRL 116, 160404 (2016); PRL 118, 140404 (2017)]、量子導(dǎo)引在子通道鑒別任務(wù)中的應(yīng)用[npj Quan. Inf. 4, 12 (2018)]以及驗(yàn)證多體量子導(dǎo)引的非單配性共享關(guān)系[PRL 128, 120402(2022)]等。在本工作中，研究組實(shí)驗(yàn)制備了兩種不同非馬爾可夫度的環(huán)境，首先研究了量子導(dǎo)引在耗散環(huán)境中的動(dòng)力學(xué)演化，通過調(diào)節(jié)在耗散環(huán)境中的演化時(shí)間實(shí)現(xiàn)了多測量方向下系統(tǒng)狀態(tài)從最初的雙向?qū)б絾蜗驅(qū)б⒁约安豢蓪?dǎo)引的耗散過程。研究組進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了在較高非馬爾可夫度環(huán)境中的量子導(dǎo)引恢復(fù)，驗(yàn)證了越高非馬爾可夫度的環(huán)境對應(yīng)的記憶效應(yīng)越強(qiáng)，對量子導(dǎo)引的恢復(fù)能力也越強(qiáng)。另外，研究組還通過觀測到可導(dǎo)引量子態(tài)逐漸演化為具有糾纏但不可導(dǎo)引的量子態(tài)，證實(shí)了量子糾纏和量子導(dǎo)引之間的層級關(guān)系。

圖：非馬爾可夫過程中量子導(dǎo)引的演化現(xiàn)象。

該成果展示了非馬爾科夫記憶效應(yīng)對于開放系統(tǒng)中量子導(dǎo)引動(dòng)力學(xué)演化的影響，加深了對量子導(dǎo)引方向性的理解，也為其在開放量子系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了新的思路。

文章共同第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生王焱和郝澤琰。本研究工作得到科技部、國家基金委、中國科學(xué)院、安徽省的支持。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.200202

（中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、物理學(xué)院、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/1055/83131.htm

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