3月21日，華中科技大學物理學院蔡建明教授團隊在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上發表了題為《暗量子體系的量子態測量》(Pulsed Quantum-State Reconstruction of Dark Systems)的研究論文。他們提出對“暗”量子物理體系的量子態進行測量的量子傳感方案，有望推動基於“暗”量子物理體系的量子信息科學技術與量子力學基本問題的研究，進一步拓展量子傳感與量子測量的應用領域。
對量子物理體系的量子態進行準確而有效的測量是探究量子力學基本問題以及實現量子信息技術的關鍵要求之一。然而，在實際情況中，研究人員發現存在許多重要的“暗”量子物理體系。這些“暗”量子物理體系與外界環境的耦合比較弱，因此它們在實現量子科學技術(如量子比特或者量子存儲器)及探究量子物理基本問題 (如量子退相干的基本物理機制和經典與量子理論邊界問題等)中有望扮演重要的角色。此外，這些“暗”量子物理體系與外場的耦合也同樣比較弱，從而導致在實驗上無法或者比較困難直接對其量子態進行操控和測量。所以，如何測量“暗”量子物理體系成為量子科學技術與量子物理領域面臨的重要挑戰之一。
該團隊將量子傳感的原理和應用從測量經典的物理量拓展到量子物理體系。他們通過對一個單量子探針進行簡單的週期性脈衝調製，提出了對“暗”量子物理體系的量子態進行測量的有效策略。該策略首先將一個二能級單量子探針初始化到量子疊加態，然後將量子探針與待測“暗”量子物理體系耦合起來（弱耦合）。對量子探針施加的週期性脈衝控制場可以調控量子探針的演化，量子探針和“暗”量子物理體系演化成為一個量子糾纏態，從而使得“暗”量子物理體系的狀態信息被編碼在這個量子糾纏態之中。由於量子糾纏的奇特性質，只需要對量子探針進行測量，研究人員就可以獲取“暗”量子物理體系的狀態信息。
該測量“暗”量子物理體系的原理具有廣泛的適用性，可應用於離散和連續的量子物理體系。該體系不依賴對“暗”量子物理體系進行操控的能力，同時建立在實驗技術比較成熟的單量子探針的調控基礎上，具有簡單、可行、抗環境噪聲等優點。有望為“暗”量子物理體系的測量提供有力的實驗手段，進一步拓展量子傳感與量子測量研究的領域。（文/劉歡）
論文鏈接:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.110406.
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