Onderzoeksgroepen hebben voor het eerst aangetoond dat ongelijke wederzijds onbevooroordeelde bases (MUB's) verschillende informatie-extractiemogelijkheden hebben voor de verwerking van kwantuminformatie. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Physical Review Letters .

Complementaire waarneembare zaken, zoals coördinaten en momentum, zijn kernconcepten in de kwantummechanica. De overeenkomstige metingen worden wederzijds onbevooroordeelde metingen genoemd, die onlosmakelijk verbonden zijn met MUB's.

MUBs zijn nauw verbonden met zowel het complementariteitsprincipe als de onzekerheidsrelatie en spelen een belangrijke rol in de fundamentele studie van de kwantummechanica. Er wordt aangetoond dat niet alle zuivere basen gelijkwaardig zijn. Inequivalente MUB's kunnen worden geconstrueerd als de afmeting van de Hilbertruimte gelijk is aan of groter is dan 4.

De meeste gerelateerde onderzoeken hebben zich beperkt tot de wiskundige verschillen van ongelijke MUB's, en gaan zelden in op de vermogensverschillen van ongelijke MUB's in de verwerking van kwantuminformatie. Daarom waren de onderzoekers geïnteresseerd in de vraag of ongelijkwaardige MUB's significante verschillen zouden vertonen in de verwerking van kwantuminformatie.

Vertrekkend van een eenvoudig kwantumschattingsprobleem, stelden de onderzoekers een nieuwe methode voor om de operationele verschillen tussen ongelijke MUB's te onderscheiden. In het bijzonder kan de betrouwbaarheid van de schatting met drie kopieën onderscheid maken tussen ongelijke MUB's in een Hilbertruimte van dimensie 4.

Om de experimentele demonstratie van deze methode te vergemakkelijken, construeerden onderzoekers twee 4-ontwerpen met kleinere kardinaliteiten in dimensie 4, waarvan er één werd gegenereerd met de Clifford-groep, en de andere werd gegenereerd door een numerieke optimalisatieprocedure.

Het op 4 ontwerpen gebaseerde ensemble van zuivere toestanden zorgt ervoor dat de betrouwbaarheid van de schatting niet afhankelijk is van de unitaire transformaties, waardoor de intrinsieke eigenschappen van onbevooroordeelde bases worden weerspiegeld.

Het onderzoeksteam heeft, door gebruik te maken van het zeer nauwkeurige optische kwantumprecisiemeetplatform met meerdere kopieën, experimenteel geverifieerd dat ongelijke MUB's in de vierdimensionale ruimte verschillende informatie-extractiemogelijkheden hadden bij de daadwerkelijke meting van kwantumtoestanden met drie kopieën.

Met wederzijds onbevooroordeelde metingen die werden gebruikt in het experiment voor de extractie van kwantumtoestandsinformatie, werd onthuld dat de betrouwbaarheid van de schatting gerelateerd was aan de intrinsieke eigenschappen van de MUB's.

Door de verschillende selectie van de MUB's verschilt de experimenteel verkregen maximale betrouwbaarheid met ongeveer 4% van de minimale betrouwbaarheid, en deze reageerde goed op de theoretische voorspelling met een gemiddelde afwijking van slechts 0,16%.

Deze studie markeert een grote stap voorwaarts in de studie van ongelijke MUB's, en heeft potentiële toepassingen in veel kwantuminformatieverwerkingstaken, zoals het schatten van kwantumtoestanden, detectie van verstrengeling en kwantumcommunicatie.

De onderzoeksgroepen omvatten prof. Li Chuanfeng, prof. Xiang Guoyong en prof. Hou Zhibo, onder leiding van academicus Guo Guangchan van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), in samenwerking met professor Zhu Huangjun van de Fudan Universiteit,