POVM测量在量子反馈控制中的应用

Quantum measurement is the foundation of quantum information and some fundamental problems in quantum mechanics. As an improtant subordinate research field of quantum measurement, positive operator valued measurement(POVM) has plenty of physical characteristics and wide applications. We introduce POVM measurement into quantum feedback control and systematically investigate the influences of POVM''s typical characteristics on quantum feedback control, such as non-destructive, recoverability and controllability. Based on POVM measurement, we will propose some quantum feedback control strategies to supress quantum decoherence, protect quantum entanglement or quantum discord and implement quantum error correction. Then, we contrast these approaches with the strategies that based on von Neumann projective measurement and discuss the advantages of POVM measurement-based feedback control schemes. By examining different initial states and different types of noises, we will demonstrate that how these factors affect the optimality of POVM measurement-based feedback control schemes. After the above research, we will further explore the intrinsical relationship between the optimality and the recoverability of POVM measurement. Our research will provide some theoretical evidences and new experimental schemes for decoherence suppression by quantum feedback control method.

量子测量是研究量子信息和量子力学基本问题的基础。正值算符测量(positive operator valued measurement, or POVM) 作为量子测量的一个重要研究方向，具有丰富的物理性质和广阔的应用前景。我们将POVM应用到量子反馈控制领域，系统地研究POVM测量的独特性质（非完全破坏性，可恢复性，强度可调等）对量子反馈控制的影响，设计出基于POVM测量的量子反馈控制方案来抑制量子退相干，保护量子纠缠和量子discord以及实现量子纠错。然后与基于von Neumann投影测量的量子反馈控制方案对比，讨论基于POVM测量的量子反馈控制方案的优越性。检验不同的系统初态，不同的噪声类型对这种优越性的影响，并进而研究POVM测量反馈控制方案的优越性和POVM测量的可恢复性之间的内在关系。我们的研究将为实验中如何利用量子反馈控制的方法抑制退相干提供理论依据和新的实验途径。

本项目研究 POVM 测量在量子反馈控制中的应用。我们集中关注基于POVM 测量的量子反馈控制策略在保护量子纠缠和量子discord方面的功能。研究了利用 POVM 测量反馈控制恢复qubit-qubit之间的量子纠缠和量子discord，进一步地将该方案推广到了qubit-qutrit 和 qutrit-qutrit情形。研究了不同系统初态，不同噪声类型对POVM 测量量子反馈控制方案的影响。特别地，针对不同的实际需求，我们分别采用了量子跳跃和微分求导的方式寻求最优 POVM 的测量强度。同时，我们还将 POVM 测量运用到了量子计量领域，提出了两种利用 POVM 提高量子 Fisher 信息的方案。根据学科前沿的发展动态，就开放量子系统的非马尔科夫性质，量子 Fisher 信息在量子克隆中的分布问题，相对论框架下的量子 Fisher 信息研究，以及不确定关系和量子相干性等问题做了扩展研究, 增强了项目研究内容的前沿性。项目的研究取得了许多具有创新性的重要研究成果: 在国内外高级学术刊物发表SCI论文13篇，被引用近100次。项目组成员参加国际学术会议4次, 国内学术会议3次, 学术报告1次。项目的实施对POVM 测量和量子反馈控制和量子计量有理论、技术与方法的创新，对量子信息处理研究朝实用化方向发展有一定的促进作用。