量子力学颠覆了我们以往对信息与计算的认识，其中最令人难以理解的就是量子纠缠现象。量子纠缠在量子信息领域有着诸多重要应用，但是遗留着许多开放性的问题，其中的一个问题是：如果不对量子系统做全量子态重构（FST）是否能够获取量子态的纠缠信息。FST所需要的资源随着系统的维度指数增加，因此回答这个问题有着重要实际意义。2010年，Park等人发文[Phys. Rev. Lett. 105, 230404 (2010)]声称可以使用单个样本测量（single-copy measurements），而不需要做FST就能获取量子纠缠的并发（concurrence）信息。
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| 图（a）实验方案和模拟结果； 图（b）NMR线路脉冲序列；图（c）实验基于local信息确定的态concurrence；图（d）实验基于local信息确定的态保真度。 |
中心成员清华大学物理系龙桂鲁教授及其博士生辛涛与加拿大滑铁卢大学Raymond Laflamme教授研究组、以及清华系友曾蓓教授研究组合作，重新研究了使用单样本测量而不做FST探测量子纠缠的可能性，惊奇的发现这是不可能的，FST对于获取量子纠缠是必须的条件，并提出了no-go理论，排除了任何使用单样本测量而不做FST来获取量子纠缠的non-adaptive方案，理论方法还可以用来研究如positive partial transpose和k-symmestric extendibility等的探测。他们在核磁共振系统上实施了Park等人提出的量子纠缠探测方案，发现实验过程中收集的局域信息已经完全可以确定未知初始态，即此方案完全等效于FST过程。他们在实验中发展的基于辅助比特实现局域滤波技术还可以扩展到其他量子系统，用来实现振幅衰减的量子通道。他们的工作揭示了FST和量子纠缠探测之间的重要关系，对后续的量子纠缠探测研究有着指导性的意义。该成果以“Tomography is necessary for universal entanglement detection with single-copy observables”为题于2016年6月7日发表在Physical Review Letters[116,230501(2016)]。辛涛同学为三个并列第一作者之一。
原文链接：http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.230501
