4月24日，由我校信息工程學(xué)院宋永順博士與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郁司夏、孫亮亮、周祥團隊，以及電子科技大學(xué)王子竹、寧波大學(xué)張成杰等學(xué)者組成的科研團隊，針對獨立量子比特間的量子關(guān)聯(lián)，成功發(fā)展出一種強有力的非線性分析框架。該成果得到國家重大科技專項、自然科學(xué)基金，以及浙江省、四川省等的支持，實現(xiàn)了對這類量子關(guān)聯(lián)非凸結(jié)構(gòu)的精確刻畫，并揭示了其在量子信息任務(wù)中的關(guān)鍵應(yīng)用，相關(guān)研究論文于4月22日發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》。

量子關(guān)聯(lián)是量子理論區(qū)別于經(jīng)典理論的核心特征，亦是量子信息處理中的關(guān)鍵資源。然而，在實際實驗中，關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生不僅受量子力學(xué)基本原理約束，還受限于實驗資源（如系統(tǒng)維度）。特別地，對于獨立的量子比特系統(tǒng)——最基本的實驗平臺，其關(guān)聯(lián)集合呈現(xiàn)本質(zhì)的非凸結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致傳統(tǒng)基于凸優(yōu)化的線性分析工具失效。精確刻畫此類關(guān)聯(lián)集合，是深入理解量子基礎(chǔ)特性與合理設(shè)計量子信息任務(wù)的中心問題。

針對這一根本局限，研究團隊從不確定性關(guān)系出發(fā)，推導(dǎo)出一組量子比特間的貝爾型關(guān)聯(lián)與制備——測量型關(guān)聯(lián)特有的約束條件，精確描述了這類關(guān)聯(lián)所構(gòu)成集合的精細結(jié)構(gòu)，建立了器件參數(shù)與量子關(guān)聯(lián)的明確對應(yīng)。具體而言：其一，相較于現(xiàn)有凸化方法，該框架可精確刻畫關(guān)聯(lián)集合的非凸特性——這正是有限維量子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的標志性特征；其二，基于該架構(gòu)提出的“基于關(guān)聯(lián)的設(shè)備推斷”協(xié)議，實現(xiàn)了從一般（非極值）關(guān)聯(lián)統(tǒng)計中推斷乃至唯一確定儀器參數(shù)，突破了傳統(tǒng)自檢測（self-testing）對極值關(guān)聯(lián)的依賴；其三，利用推斷出的設(shè)備信息可直接優(yōu)化糾纏探測方案，經(jīng)優(yōu)化后部分定域關(guān)聯(lián)亦可用于認證量子糾纏，為糾纏檢測提供了新視角。

鑒于當前主流量子實驗平臺——包括光子偏振、超導(dǎo)量子比特、囚禁離子及半導(dǎo)體量子點等——其物理實現(xiàn)本質(zhì)上均可歸結(jié)為量子比特系統(tǒng)，本工作為這些平臺產(chǎn)生的量子關(guān)聯(lián)提供了直接的分析工具，在量子隨機數(shù)生成、糾纏驗證等關(guān)鍵信息任務(wù)中具有重要的潛在應(yīng)用價值。業(yè)內(nèi)人士評價道，該工作“為獨立量子比特關(guān)聯(lián)表征和應(yīng)用開辟了新的研究途徑，是一項重大進展”。（審核：袁凱烽、李穎、楊曌）