量子导引的有效判据及其应用的理论研究

Quantum steering is a novel nonclassical correlation phenomena which sits between quantum entanglement and Bell nonlocality. Since it was first formulated by Wiseman et al. in 2007, quantum steering has attracted great attention. On the one hand, quantum steering involves a series of fundamental problems of quantum mechanics, on the other hand, it has enormous potential in application of quantum information. However, the investigation in this field is still in its infancy. Many of relevant core issues are still very limited, such as properties of quantum steering and its detection criteria. We are really eager to seize the opportunity and investigate such three special aspects: 1) exploring and proposing series of more efficient bipartite and multipartite steering criteria; 2)exploring the characterizations of quantum steering and the precise relation between quantum steering and other quantum correlations; 3) proposing several novel special applications in quantum information based on quantum steering.

量子导引是介于量子纠缠和贝尔非定域性之间的一种新型量子关联现象。自2007年Wiseman等人具体的定义和诠释以来，量子导引关联引起了极大地关注。一方面它涉及到一系列量子力学的基本问题，另一方面在量子信息领域存在巨大的应用潜力。然而，当前国内外对于量子导引的研究尚处于起步阶段，在量子导引的性质及其判定等核心问题上的研究结果仍然十分有限，因此这是一个亟待开展的研究工作，本项目拟抓住这个机会率先开展如下三方面的研究：1）探索和提出更有效的两体和多体量子导引判据；2）探索量子导引关联的各种性质及其与其他量子关联概念之间的关系；3）提出量子导引关联在量子信息中的一些新型应用方案。

量子关联是量子理论和量子信息的核心问题之一，该项目的研究紧扣以下三方面的内容：1）探索和提出更有效的两体和多体量子导引判据；2）探索量子导引关联的各种性质及其与其他量子关联概念之间的关系。3）探索展示量子关联的新方法、新方案。主要结果如下：提出针对2-qubit系统更广义的展示量子导引的All-versus-nothing 证明方案；利用chain不等式构造新的steering不等式并展示其比当前不等式在效率方面的优越性；利用Abner Shimony不等式构造新型量子导引判据并解释其应用；利用机器学习实现2-qubit量子导引态的鉴别；利用机器学习实现多任务下的量子关联的区分；提出 系统中基于不同量子关联之间的映射准则；证明了2-qubit最大量子导引混合态的形式；提出基于弱测量下主动式和被动式非定域性分享，并与实验组合作实验验证；利用弱测量实现任意量子系统密度矩阵的直接测量；利用弱测量技术测量和展示单光子和时间-能量纠缠的方案；无后选择下量子弱测量观测非经典量子关联并实验验证；提出基于频率和横向动量正关联纠缠态下实现3维增强的量子雷达方案。