中国科技大学实现了真正的多体纠缠子空间自检测

中国科技大学郭光灿院士团队的柳必恒研究员团队与合肥源量子计算科技有限公司合作，在光学和超导两个量子系统中获得真实多体纠缠子空间的设备无关表征，完成了五比特纠错码空间的自检。5月14日，该工作发表在《物理进度报告》中。

在量子信息领域，真多体纠缠作为量子纠缠的最强形式，要求系统中任何两个子系统之间都存在纠缠关系。由其组成的真正纠缠子空间具有重要的实用价值，特别是可以用来设计量子纠错码。通过在子空间中编码量子信息，可以避免因局部退相关而导致的错误传播。但与两体纠缠和真多体纠缠的表征不同，真正纠缠子空间的理论分析工具和实验验证方法仍处于空白状态。虽然基于贝尔不等式的自检测方法已经成功应用于量子纠缠状态的设备，但它并没有认证。

近日，理论同行建立了基于稳定子码框架的新贝尔不等式。该方案可以实现纠缠子空间的普遍性表征——子空间中的任意量子状态(包括混合状态)可以最大限度地违反不等式，从而为真正纠缠子空间的自检提供理论依据。

为了验证这种创新方法，研究团队在光学系统和“源头悟空”超导量子计算机上同步进行了测试，成功完成了五比特量子纠错码空间的设备无关认证。通过制备一系列逻辑量子态并进行贝尔检测，测试数据显示两个系统的思维子空间保真度分别达到82%和62%以上。这个过程仅仅依靠实验观测到的数据，不需要对实验设备进行可靠的假设。在对比实验中，研究团队模拟了单个物理比特的错误场景，发现逻辑状态完全丧失了对贝尔不等式的违反能力，以确认其已经过了目标空间测试的逻辑状态。