科学家观测到量子导引的非马尔可夫动力学演化

2023-06-09 06:04:00

中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队在量子信息基础研究方面取得进展。该团队实验研究了量子导引在开放系统中的动力学演化，验证了非马尔科夫记忆效应在恢复量子导引过程中的作用。5月16日，相关研究成果在线发表在《物理评论快报》上。

量子导引是介于量子纠缠和贝尔非局域性之间的一种量子非局域关联，描述了一方的局域测量影响另一方量子态的现象。量子导引特有的方向性允许存在单向量子导引，即一方可以成功地导引另一方，反之却不行。目前多数量子导引的研究均是在封闭量子体系下进行的，而实际情形中量子系统和环境之间的相互作用不可避免，且这种相互作用通常会使得系统的信息逐渐向环境耗散。然而，在非马尔可夫环境中，它的记忆效应使得已耗散的信息从环境回流到量子系统中，具体回流的能力由环境的非马尔可夫度进行刻画，更高的非马尔可夫度意味着更强的信息回流能力。

近年来，科研人员对量子导引开展了一系列实验研究，包括全对无量子导引的验证、单向量子导引的实现、量子导引在子通道鉴别任务中的应用以及验证多体量子导引的非单配性共享关系等。该研究实验制备了两种不同非马尔可夫度的环境，探究了量子导引在耗散环境中的动力学演化，通过调节在耗散环境中的演化时间实现了多测量方向下系统状态从最初的双向导引到单向导引以及不可导引的耗散过程。研究进一步实现了在较高非马尔可夫度环境中的量子导引恢复，验证了越高非马尔可夫度的环境对应的记忆效应越强，且对量子导引的恢复能力也越强。此外，该团队还通过观测到可导引量子态逐渐演化为具有纠缠但不可导引的量子态，证实了量子纠缠和量子导引之间的层级关系。

该成果展示了非马尔科夫记忆效应对于开放系统中量子导引动力学演化的影响，深化了科学家对量子导引方向性的认知，并为量子导引在开放量子系统中的应用提供了新思路。

研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金、中国科学院和安徽省的支持。