22日從中國科學技術大學獲悉，該校彭新華研究組和香港中文大學劉仁保研究組合作，利用可控物理過程合成的量子通道，提出了一種選擇性地測量開放量子多體系統中任意類型時序關聯的理論方案，并首次在核自旋體系中成功探測了四階量子時序關聯。相關研究成果日前在線發表于國際學術期刊《物理評論快報》。
全面描述一個物理系統的動力學，需要系統中所有的時序關聯信息，即一套動力學完備的時序關聯集合。然而，當前的測量方案只能提取少數特殊形式的時序關聯信息。目前為止，還沒有一種系統的、可行的方案來提取動力學完備集合中所有類型的時序關聯信息。如何系統性、選擇性地測量動力學完備的任意量子時序關聯，一直是一個具有挑戰性的科學問題。
為了解決上述難題，彭新華研究組和劉仁保研究組合作，創新性地提出了基于可控物理過程合成量子通道的任意類型量子時序關聯選擇性測量協議。該協議不僅極大程度提升了高階量子關聯的測量信噪比，降低了實驗實現的難度，而且適用于更廣泛的實驗體系，包括單自旋和系綜量子體系。利用核磁共振高精度量子控制，科研人員在多自旋體系上實驗驗證了該測量協議的可行性，首次成功測量了量子多體系統中的四階量子時序關聯。接下來，科研人員將實驗獲得的高階量子關聯信息應用于高精度量子優化控制任務中。當優化控制中考慮四階量子關聯修正后，量子門保真度可從99.987%提升到99.99996%。
研究人員表示，該研究在量子信息和量子多體物理領域具有潛在的應用價值，如量子控制和量子精密測量、進一步提高測量量子時序關聯的信噪比和頻譜分辨率等。審稿人對該工作給予了高度評價：“這是量子度量領域的一項重要補充，提供了量子系統動力學的洞察方法?！?/span>
