Kwantuminformatie is een veld waarin de informatie wordt gecodeerd in kwantumtoestanden. Profiteren van de "kwantumness" van deze staten, wetenschappers kunnen efficiëntere berekeningen en veiligere cryptografie uitvoeren in vergelijking met hun klassieke tegenhangers.

Een team onder leiding van prof. Guo Guangcan van de University of Science and Technology of China (USTC) van CAS heeft experimenteel een schaalbare kwantumtoestandverificatie geïmplementeerd op twee-qubit en vier-qubit verstrengelde toestanden met niet-adaptieve lokale metingen. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven op 17 juli.

De initialisatie van een kwantumsysteem in een bepaalde toestand is een cruciaal aspect van de kwantuminformatiewetenschap. Hoewel er verschillende meetstrategieën zijn ontwikkeld om te karakteriseren hoe goed het systeem is geïnitialiseerd, voor een gegeven, er is in het algemeen een afweging tussen de efficiëntie en de toegankelijke informatie van de kwantumtoestand. Conventionele tomografie van kwantumtoestanden kan onbekende toestanden karakteriseren en vereist exponentieel dure tijdrovende nabewerking.

Alternatief, recente theoretische doorbraken tonen aan dat kwantumtoestandverificatie een techniek biedt om de voorbereide toestand te kwantificeren met aanzienlijk minder monsters, vooral voor meerdelige verstrengelde staten.

In het onderzoek onder leiding van prof. Guo Guangcan, voor alle geteste staten, de geschatte ontrouw is omgekeerd evenredig met het aantal monsters, die de kracht illustreert om een ​​kwantumtoestand te karakteriseren met een klein aantal monsters. Vergeleken met de globaal optimale strategie die niet-lokale metingen vereist, de efficiëntie in hun experiment is alleen slechter met een kleine constante factor ( <2.5).

Ze vergeleken het prestatieverschil tussen kwantumtoestandverificatie en kwantumtoestandtomografie in een experiment om een ​​Greenberger-Horne-Zeilinger-staat met vier fotonen te karakteriseren, en de resultaten geven het voordeel aan van kwantumtoestandverificatie in zowel de bereikte efficiëntie als precisie.

Ze realiseerden experimenteel een optimale kwantumtoestandverificatie (QSV), die eenvoudig te implementeren is en robuust is voor realistische onvolkomenheden. De getoonde 1/n-schaling is het resultaat van de strategie zelf zonder verstrengelde of adaptieve metingen.

Hun resultaten hebben duidelijke implicaties voor veel kwantummeettaken en kunnen worden gebruikt als een stevige basis voor verder werk aan complexere kwantumsystemen.