Gruppi di ricerca hanno dimostrato per la prima volta che le basi inequivalenti mutuamente imparziali (MUB) hanno diverse capacità di estrazione delle informazioni per l'elaborazione delle informazioni quantistiche. I risultati della ricerca sono stati pubblicati in Physical Review Letters .
Le osservabili complementari, come le coordinate e la quantità di moto, sono concetti fondamentali nella meccanica quantistica. Le misurazioni corrispondenti sono chiamate misurazioni reciprocamente imparziali, che sono indissolubilmente legate ai MUB.
I MUB sono profondamente legati sia al principio di complementarità che alla relazione di incertezza, giocando un ruolo importante nello studio fondamentale della meccanica quantistica. È dimostrato che non tutte le basi imparziali sono equivalenti. MUB non equivalenti possono essere costruiti quando la dimensione dello spazio di Hilbert è uguale o superiore a 4.
La maggior parte degli studi correlati si sono limitati alle differenze matematiche dei MUB non equivalenti e raramente si occupano delle differenze di dotazione dei MUB non equivalenti nell'elaborazione dell'informazione quantistica. Pertanto, i ricercatori erano interessati a sapere se MUB non equivalenti avrebbero mostrato differenze significative nell'elaborazione delle informazioni quantistiche.
Partendo da un semplice problema di stima quantistica, i ricercatori hanno proposto un nuovo metodo per distinguere le distinzioni operative tra MUB non equivalenti. In particolare, la fedeltà della stima a tre copie può distinguere tra MUB non equivalenti in uno spazio di Hilbert di dimensione 4.
Per facilitare la dimostrazione sperimentale di questo metodo, i ricercatori hanno costruito due disegni 4 con cardinalità più piccole nella dimensione 4, uno dei quali è stato generato con il gruppo Clifford e l'altro mediante una procedura di ottimizzazione numerica.
L'insieme di stati puri basato su 4 disegni garantisce che la fedeltà della stima non dipenda dalle trasformazioni unitarie, riflettendo così le proprietà intrinseche delle basi imparziali.
Il gruppo di ricerca, utilizzando la piattaforma di misurazione ottica quantistica multicopia ad alta precisione, ha verificato sperimentalmente che MUB non equivalenti nello spazio quadridimensionale avevano diverse capacità di estrazione di informazioni nella misurazione effettiva di stati quantistici a tre copie
Con misurazioni reciprocamente imparziali utilizzate nell'esperimento per l'estrazione di informazioni sullo stato quantistico, è stato rivelato che la fedeltà della stima era correlata alle proprietà intrinseche dei MUB.
Con la diversa selezione dei MUB, la fedeltà massima ottenuta sperimentalmente differisce dalla fedeltà minima di circa il 4% e ha risposto bene alla previsione teorica con una deviazione media solo dello 0,16%.
Questo studio segna un grande passo avanti nello studio dei MUB non equivalenti e ha potenziali applicazioni in molte attività di elaborazione delle informazioni quantistiche come la stima dello stato quantistico, il rilevamento dell'entanglement e la comunicazione quantistica.
I gruppi di ricerca comprendono il Prof. Li Chuanfeng, il Prof. Xiang Guoyong e il Prof. Hou Zhibo, guidati dall'Accademico Guo Guangchan dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS), in collaborazione con il Professor Zhu Huangjun dall'Università Fudan,
