量子重叠层析成像的实验实现

量子层析成像是一个涉及使用一系列收集的测量值重建和表征量子态的过程。在过去的几年里，许多物理学家一直试图利用这个过程来更多地了解量子态，因为这也可以推动量子技术的发展。

新加坡南洋理工大学的研究人员最近在实验环境中展示了量子重叠断层扫描(QOT)，这是一种量子断层扫描的子类型，最近只是一个理论结构。他们的论文发表在《物理评论快报》上，可以通过提供一种新的有效工具来检查这些系统，为未来的量子物理学研究提供信息。

“我们用线性光学系统实验实现QOT，并证明了与广泛接受的全状态断层扫描相比的优势，”进行这项研究的研究人员之一Zhengning Yang告诉 Phys.org。“QOT是一种用小数据集重建未知量子多体状态子系统的方法，这是斯坦福大学和麻省理工学院的Jordan Cotler和Frank Wilczek在理论上提出的。

Yang和他的同事最近的工作建立在Cotler和Wilczek2020年的研究基础上，他们提出，通过他们称之为QOT的过程，可以通过利用一系列单量子比特测量来完全表征未知的纠缠状态。南洋理工大学的团队希望在实验环境中验证这一理论思想。

“我们建立了一个光学平台来重现单光子量子比特携带的4/6量子比特量子态，”杨解释说。“然后在一套完整的量子基中测量状态的副本。然后，我们使用测量数据集通过两种不同的方法(全态断层扫描(FST)和QOT)统计估计原始量子态，以比较它们的性能。

研究人员的实验产生了非常有希望的结果，因为他们认为QOT是比FST更可靠的表征量子态的方法，FST是用于表征积分量子态的传统量子层析成像过程。此外，QOT可以使用更少的测量来准确表征量子态。

“我们发现，在相同数量的测量下，QOT可以获得比FST更精确的结果，而不会引入明显的系统误差，”杨说。

Yang和他的同事收集的研究结果强调了QOT在研究量子态方面的巨大潜力。因此，在未来，他们可以鼓励在研究和工业环境中使用这种量子态表征方法，例如帮助开发更先进的量子计算机或其他量子技术。

“当我们完成QOT的所有工作时，我们发现'重叠'是有效从量子态中提取信息的有力工具，”杨补充说。“因此，我们现在计划弄清楚它在估计整个系统而不仅仅是子系统方面有多好。我们希望它将成为最有效的量子断层扫描协议，对大多数系统都是可行的。

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