首次实验实现量子纠缠态自检验

为把自检验推广应用于各种量子信息过程打下基础

●创新点

量子纠缠是量子通信和量子计算的重要资源。在构建量子纠缠网络的过程中，不仅需要制备高品质的量子纠缠态，还需要在节点之间进行高品质的纠缠交换，才能把各个节点纠缠起来。

学术界通常采用量子态层析的办法来测定量子纠缠态，这种方法类似于医院中的CT扫描。通过量子态层析可以重构出纠缠态的形式，进而获得纠缠态的保真度等重要信息。然而，量子态层析方法依赖于测量设备的准确性和可靠性，不能用于对安全性有要求的量子信息任务。为解决这一问题，科学家们提出了基于贝尔不等式违背的纠缠度量方法。

●方法和结果

对于两体两维纠缠态来说，贝尔不等式的最大违背可以达到2根号2。一个逆向思维理论就是，如果在贝尔不等式实验中观察到2根号2的违背，可以认为测试的量子态就是最大纠缠态的等价形式，这被称为纠缠态的自检验。更重要的是，贝尔不等式的检验无须精确知道双方测量设备的测量基，只需要任意改变设置获得经典的关联概率。将这种理论用于实际纠缠态自检验的一个关键问题是，当观察到的贝尔不等式违背值小于2根号2时，观察者对未知态的纠缠特性可以做出什么样的描述。这种描述可以定量为相对于最大纠缠态的保真度的最低可能值，即以观察到的实际违背值为自变量的保真度下限。这个下限越优，可以给出的保真度越高，也就具有更好的鲁棒性。

应用前景

这是国际上首个具有最优鲁棒性的纠缠态自检验实验，为把自检验推广应用于各种量子信息过程打下重要基础。

Source：ZHANG Wenhao, CHEN Geng, PENG Xingxiang, et al. Experimentally robust self-testing for bipartite and tripartite entangled states [J]. Physical Review Letters, 2018, 121(24)：240402.