中國科學技術大學郭光燦院士團隊在量子精密測量研究中取得重要進展，該團隊李傳鋒、項國勇研究組與復旦大學、北京理工大學、南京郵電大學的合作者提出基於光子量子行走的確定性集體測量方法，在實驗上實現了目前國際上最高效的量子態層析測量。研究成果於4月12日在線發表在國際權威期刊《自然·通訊》上。

量子測量是提取量子系統信息必不可少的手段，因此探索量子測量的能力和侷限性對不確定性關係、非局域性等量子物理基本問題研究以及量子計量、量子成像、引力波探測等應用都具有重要意義。由於量子世界的概率性，爲了提取足夠多信息，需要對多個相同的量子系統進行測量。研究發現，雖然這些相同量子系統之間沒有糾纏，甚至沒有經典關聯，但是對它們進行集體測量，卻比現有的對每份量子系統單獨測量能提取更多的信息，從而更高效、更精確地完成各種量子信息任務。

所謂集體測量，是指利用非局域測量（即糾纏測量）對量子系統多份相同拷貝的同時測量。儘管早在二十年前，集體測量已被提出並且其重要性得到廣泛認可，但是有效實現集體測量卻一直被認爲是實驗上無法完成的事。這是因爲，集體測量方案中的非局域測量很難在實驗上確定性地實現。因此，目前大多數量子信息任務中提取信息的方法仍然停留在對單個量子系統進行局域測量。集體測量如能在實驗上取得突破，將在量子信息領域中獲得廣泛應用。

李傳鋒、項國勇等人提出了一種基於量子行走確定性，以實現任意兩份拷貝的量子態集體測量的一般方法，並在實驗上用光子量子行走高保真度地實現了最優的集體測量，在國際上首次把這種確定性集體測量用於單比特量子態層析的實驗研究，突破了局域測量的量子精度極限，獲得了當前最高效的量子態層析效率。

實驗結果表明，集體測量至少可以將層析效率提高50%，而且效率提高幅度隨着量子態的純度以及量子系統拷貝數增加而增加。例如，對於測量2048個相同拷貝的一般純態，兩份拷貝的集體測量效率比目前最優的自適應局域測量方法提高約3倍。

該工作展示了一種由測量而導致的非經典現象，提供了一種突破多參數量子精密測量（包括量子態層析）中局域測量的量子精度極限的方法，開創了利用集體測量實現量子信息處理及量子力學基本問題研究的新方向。

作者：楊保國 許琦敏

編輯：郝夢夷