近日，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點實驗室在量子相干性實驗研究方面取得進展，實驗室李傳鋒、項國勇研究組首次實驗實現(xiàn)了基于輔助比特的量子相干性蒸餾。該研究成果在線發(fā)表在最近一期的美國光學(xué)協(xié)會（OSA）旗下雜志Optica上。

　　量子相干性（quantum coherence）作為一種對量子疊加性的量化，是量子物理與量子信息的核心所在，在各種量子任務(wù)（如量子計算、量子通訊等）中具有重要應(yīng)用。近年來，隨著對量子相干性度量的嚴(yán)格定義的提出，量子相干性已經(jīng)被看作一種量子資源，對它的蒸餾提取與操控成為一個研究熱點。最近的理論工作[Phys. Rev. Lett. 116, 070402 (2016)]研究了量子相干性在兩體量子系統(tǒng)Alice與Bob中的轉(zhuǎn)化問題。此任務(wù)是在局域量子-非相干操作以及經(jīng)典通訊的協(xié)議（Local Quantum-Incoherent Operation and Classical Communication，LQICC）下，研究人員只能對Bob進行局域非相干操作，而對輔助系統(tǒng)Alice可以做任意的局域操作，Alice和Bob可以進行經(jīng)典通訊，最終使Bob系統(tǒng)中量子相干性最大化。該理論工作給出了一個普適的最優(yōu)解，即基于輔助量子系統(tǒng)Alice實現(xiàn)對Bob系統(tǒng)的量子相干性蒸餾。

　　李傳鋒、項國勇等設(shè)計了上述理論的實驗實現(xiàn)方案，研究了兩量子比特系統(tǒng)分別為純態(tài)和混態(tài)時量子相干性的最優(yōu)提取問題。實驗對兩類不同的純態(tài)以及Werner態(tài)（一類特殊的混合態(tài)）進行了研究，在LQICC協(xié)議下對輔助比特Alice進行了最優(yōu)的投影測量，根據(jù)測量結(jié)果對Bob進行相應(yīng)的非相干操作，實現(xiàn)了單一拷貝情況下對Bob的相干性的最大化提取。實驗結(jié)果表明，對純態(tài)系統(tǒng)，可以達到理論上對Bob系統(tǒng)量子相干性的最優(yōu)提??；而對混態(tài)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對量子相干性的蒸餾并且比對量子糾纏的蒸餾要求要低。

　　該工作首次實驗實現(xiàn)了基于輔助比特的量子相干性蒸餾，該成果在遠程量子信息處理及量子控制中有重要應(yīng)用。

　　論文的共同第一作者為中科院量子信息重點實驗室博士生吳康達和博士后侯志博，該工作得到國家基金委、科技部、教育部和中科院的支持。

量子相干性蒸餾實驗裝置圖 

量子相干性蒸餾實驗結(jié)果