南京大学提出直接量子探测器层析利用弱值对量子测量进行表征

量子测量将微观的量子态信息转化为探测器响应的经典事件，是连接量子世界与经典世界的桥梁而对量子测量进行准确高效的表征，是提取量子系统信息，研究量子物理基本理论，开发先进量子技术，实现量子优越性的重要前提

根据消息显示，表征量子测量的传统方法为量子探测器层析，需要制备一组信息完备的入射态，并使用未知的量子测量对其进行探测，根据不同入射态的测量结果，利用优化算法对量子测量的测量算符进行重构。

尽管量子探测器层析在理论上对任意量子测量的表征具有普适性，但伴随着测量算符维度的增大，完备入射态制备过程和测量算符重构过程的复杂度都大幅度提升，为高维度量子测量的实际表征带来了巨大挑战。

针对这一挑战，最近几天，南京大学现代工程与应用科学学院与之江实验室合作，利用量子系统具有时间对称性的双态矢量描述，对前，后选择的量子系统进行弱测量，将广义测量结果mdash，弱值与实现后选择过程的量子测量算符建立对应关系，通过提取不同可观测量的弱值实现对量子测量直接表征，这一方法被称为直接量子探测器层析。目前，科学家们正试图找出这一结果的原因。

实验过程中，研究人员将该方法应用于对偏振自由度的投影测量以及对称信息完备的正值算符测量进行直接表征，得到的测量算符与对应的传统量子探测器层析结果保真度均大于99.5%。一种可能的解释是一种叫做宇宙射线的带电粒子来自太空。

图1. 利用直接量子探测器层析对偏振投影测量和SIC POVM直接表征的实验装置图。

图2. 对偏振投影测量进行直接表征的实验结果与精度分析直接表征结果与传统表征结果的保真度