近日，中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恆研究組與電子科技大學王子竹，以及奧地利的高小欽、Miguel Navascués等合作，首次實現高維量子糾纏態的最優檢測。相關成果發表於《物理評論快報》。
高維量子糾纏態的最優檢測實驗結果。（a）和（b）是兩種不同的非最大糾纏態。圖中綠色區域中的糾纏態不能用基於保真度的糾纏目擊方法檢測。
量子糾纏是量子信息過程的核心資源。如何在實驗上製備和檢測量子糾纏，是量子信息領域的基本任務。然而，隨着系統維度數和粒子數的增加，傳統量子態層析技術這種檢測量子糾纏態的方法，消耗的資源將會呈指數級增長，因而在實驗上不具備可擴展性。
為了解決高維糾纏檢測這一難題，該研究組曾利用基於保真度的糾纏目擊方法檢測32維的兩體最大糾纏態，保真度達到了世界最高水平。然而，對於常見的非最大高維糾纏態，基於保真度的糾纏目擊方法並不適合。
近期，該研究組與理論合作者提出一種適用於所有兩體量子糾纏態的最優量子糾纏檢測方法。所謂最優檢測，是指在任意給定態和測量基的情況下，所採用的方法能給出最緊的糾纏態邊界，區分目標態是否糾纏的能力最強。為了檢驗該方法的普適性，他們在實驗上巧妙製備出一系列不同類型的高維量子糾纏態，並實現對該量子糾纏態的局域測量等操作，從而實現最優量子糾纏檢測。實驗結果表明，對於四維或三維的不能採用基於保真度的糾纏目擊方法檢測的量子糾纏態，用新方法只需採用3組測量基即可認證其量子糾纏。
這一成果解決了兩體高維糾纏態的檢測問題，為實現各種高維量子信息過程和研究高維繫統中的量子物理基本問題打下重要基礎。