中國科大實現(xiàn)基于多維關(guān)聯(lián)壓印的納米尺度多體糾纏探測

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)自旋磁共振實驗室王亞教授和北京師范大學(xué)王評副教授合作，在量子多體系統(tǒng)探測上取得重要進展。研究團隊提出一種名為“多維關(guān)聯(lián)壓印”的全新方法，成功將難以直接觀測的高階量子關(guān)聯(lián)信息“編碼”至一個局域量子探針的噪聲信號中，從而實現(xiàn)對復(fù)雜量子系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián)的間接高清探測。相關(guān)成果12月9日以“Nanoscale Detection of Many-Body Entanglement via Multidimensional Correlation Imprinting”為題在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》。
 

　　理解量子多體系統(tǒng)的非平衡動力學(xué)，是現(xiàn)代物理學(xué)的核心前沿。其中的關(guān)鍵在于探測系統(tǒng)內(nèi)部粒子間的高階關(guān)聯(lián)(尤其是量子糾纏)，但對于缺乏單粒子獨立操控能力的復(fù)雜系統(tǒng)，一直是亟待解決的難題。
 

　　圖：(a)方法概念圖。(b)三體關(guān)聯(lián)的重構(gòu)。(c)通過關(guān)聯(lián)累積量可視化量子糾纏的建立過程。
 

　　為解決這一難題，研究團隊開發(fā)了“多維關(guān)聯(lián)壓印技術(shù)”。其核心思想是將一個無法直接測量的復(fù)雜多體系統(tǒng)與一個高度敏感的局域量子探針耦合。多體系統(tǒng)的復(fù)雜關(guān)聯(lián)會作為獨特的“印記”，“壓印”在探針相對容易讀取的時間漲落頻譜上。通過解讀這些頻譜“密碼”，便能反推出系統(tǒng)內(nèi)部的多體關(guān)聯(lián)特性(圖(a))。在實驗驗證中，研究團隊利用金剛石氮空位色心量子探針，首次成功重構(gòu)了其周圍核自旋環(huán)境的三階關(guān)聯(lián)(圖(b))。通過分析關(guān)聯(lián)累積量的譜結(jié)構(gòu)，該方法還能夠直接可視化量子糾纏的建立過程(圖(c))，為探測糾纏這一奇特的量子資源提供了嶄新途徑。
 

　　這項研究為表征缺乏個體尋址能力的量子多體系統(tǒng)開辟了一條具有通用潛力的實驗路徑。它不僅適用于基礎(chǔ)物理研究(如多體關(guān)聯(lián)傳播、檢驗Lieb-Robinson界)，未來還有望應(yīng)用于新型量子材料的表征，以及對日益復(fù)雜的量子模擬器的有效驗證，從而推動量子科技的發(fā)展。
 

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)自旋磁共振實驗室博士生張濤、特任副研究員季文韜為論文共同第一作者，王亞和王評為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部等資助。