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中国科学手艺年夜学中国科学院微不雅磁共振重点尝试室彭新华研究组和喷鼻港中文年夜学刘仁保研究组合作，在开放量子多系统统时序联系关系的高精度丈量方面获得了主要进展，操纵可控物理进程合成的量子通道，提出了一种选择性地丈量开放量子多系统统中肆意类型时序联系关系的理论方案，并初次在核自旋系统中成功探测了四阶量子时序联系关系。相干研究功效在2024年5月16日以“Selective Detection of Dynamics-Complete Set of Correlations via Quantum Channels”为题在线颁发在国际学术期刊《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett.132,200802 (2024)]。　　物理量之间的联系关系对多系统统的理解和量子手艺的成长相当主要。为了周全描写一个物理系统的动力学，需要系统中所有的时序联系关系消息，即一套动力学完整的时序联系关系调集。对量子多系统统而言，物理量(算符)的非对易性给量子联系关系带来了各类各样复杂的不等价情势。但是，当前的丈量方案只能提取少数非凡情势的时序联系关系消息，到今朝为止还没有一种系统的、可行的方案来提取动力学完整调集中所有类型的时序联系关系消息。2019年，喷鼻港中文年夜学刘仁保传授曾提出了基在持续弱丈量的肆意量子时序联系关系丈量方案[Phys. Rev. Lett.123, 050603 (2019)]。但是基在持续弱丈量方式陪伴着丈量次数提高，高阶量子联系关系旌旗灯号的信噪比急剧降落，其尝试实现难度很年夜。是以，若何系统性、选择性地丈量动力学完整的肆意量子时序联系关系一向是一个具有挑战性的科学问题。　　图：(a)量子多系统统的动力学演变衍生出各类情势的量子时序联系关系。(b)肆意N阶量子时序联系关系选择性丈量的量子线路。(c)四阶量子联系关系的尝试丈量。(d)基在高阶量子时序联系关系的量子优化节制的数值摹拟。　　为领会决上述挑战，彭新华研究组和刘仁保研究组合作，立异性地提出了基在可控物理进程合成量子通道的肆意类型量子时序联系关系选择性丈量和谈，见图(a)和(b)。该和谈不但极年夜水平晋升了高阶量子联系关系的丈量信噪比，下降了尝试实现的难度，并且合用在更普遍的尝试系统，包罗单自旋和系综量子系统。操纵核磁共振高精怀抱子节制，该工作在多自旋系统上尝试验证了该丈量和谈的可行性，初次成功丈量了量子多系统统中的四阶量子时序联系关系，见图(c)。进一步，该工作将尝试取得的高阶量子联系关系消息利用在高精怀抱子优化节制使命中。图(d)中展现的数值摹拟成果注解，对单自旋量子门(如Pauli-X门)，比拟在以往只操纵二阶量子联系关系消息的优化方式，当优化节制中斟酌四阶量子联系关系批改后，可将量子门保真度从99.987%晋升到99.99996%。　　该工作在量子消息和量子多体物理范畴具有潜伏的利用价值。一方面，对量子热库中所有量子时序联系关系消息的完全提取供给了一种完全表征量子噪声的方式，这对量子消息手艺(如量子节制和量子周详丈量等)很是主要。另外一方面，因为量子多系统统的动力学行动能够逐阶分化为成各类量子时序联系关系的叠加，对肆意量子时序联系关系的切确丈量有助在我们更好地表征和理解量子多系统统非均衡态性质。将来标的目的拟经由过程减缓退相关效应和操纵量子资本(如纠缠和紧缩)进一步提高丈量量子时序联系关系的信噪比和频谱分辩率等。审稿人对该工作赐与了高度评价：“It's asignificant addition to the field of quantum metrology, offeringinsights into quantum systems dynamics.”(这是量子怀抱范畴的一项主要弥补，供给了量子系统动力学的洞察方式)。　　中国科学手艺年夜学中国科学院微不雅磁共振重点尝试室吴泽博士后、北京师范年夜学珠海校区王评副研究员为论文的配合第一作者，彭新华传授和刘仁保传授为论文的配合通信作者。该研究获得了科技部、国度天然科学基金委、安徽省、新基石科学基金会等帮助。(中国科学院微不雅磁共振重点尝试室、物理学院、中国科学院量子消息和量子科技立异研究院、科研部)