中国科大利用机器学习与经典通信实现高效纠缠检测

　　近日，中国科年夜郭光灿院士团队柳必恒研究组结合电子科技年夜学、奥天时迷信院等互助单元，正在量子纠缠检测方面取患上重要进展。研究团队哄骗机械进修要领，联合经典通讯计谋，完成了高效、低本钱的量子纠缠验证。结果以“Practical advantage of classical co妹妹unication in entanglement detection”为题，9月25日正在线颁发于《物理评论快报》，并当选为编纂保举文章正在期刊官网首页走光展示。

　　量子纠缠是量子信息迷信中的焦点资本，是完成量子计较、量子通讯与量子收集等技能的要害。传统纠缠检测要领需经由过程量子态层析举行全状况重构，跟着体系维度增长，所需资本呈指数增加，难以使用于现实的高维或多系统统。为冲破这一瓶颈，研究团队提出将经典通讯引入纠缠检测历程，即正在许可Alice以及Bob之间举行单向经典通讯的框架（1-LOCC）下举行丈量。只管该框架无理论上具备统计上风，但试验完成难度年夜，对体系波动性以及反馈速率要求极高。为此，团队引入机械进修要领，哄骗变分天生优化收集（VGON）主动筛选出“最值患上实行1-LOCC的量子态”并天生最优检测计谋，将计谋天生时间从传统要领所需的两个月年夜幅缩短至两小时，为试验供给了准确的“检测蓝图”。

　　正在试验方面，研究团队搭建了基于三维纠缠光子的试验平台（图1）。Alice的丈量成果经由过程经典信道及时传输至Bob端，由FPGA节制的电光调制器（EOM）完成丈量基的疾速切换。为弥补旌旗灯号传输与设备相应的时间提早，Bob端引入50米长光纤作为“光量子存储”，从而正在单光子程度上完成自顺应丈量。试验将无通讯的局域操作（LO）与1-LOCC两种计谋交织举行，确保试验前提一致，使成果差别仅源因而否引入经典通讯。

图1. 试验安装图，包括三维纠缠光源、FPGA-EOM 疾速切换与50m光纤短时延存储等要害部件。

　　正在百万量级的事务统计根蒂根基上，研究团队发明，1-LOCC和谈显著升高了纠缠检测的假阳性几率（图2）。纵然以对LO和谈最无利的“乐观预计”作为比照基准，1-LOCC仍表示出较着的不对率上风，标明其正在真实噪声情况下具有更优的检测靠得住性。

　　图2. LO和谈与1-LOCC 和谈下假阳性几率p2的比照（白色方块以及蓝色方块）。成果显示，正在1-LOCC 场景中，试验测患上的p2值显著低于基于LO 和谈的乐观预计（绿色圆形），标明引入经典通讯可以或许有用升高检测不对率。

　　该研究初次正在试验中体系验证了经典通讯正在量子纠缠检测中的现实上风，造成了“实践建模—机械进修天生和谈—试验验证”的完备研究闭环。该结果不只为量子收集中的正在线节制供给可行方案，也为AI驱动的智能化量籽实验奠基要领根蒂根基。

　　中国迷信技能年夜学博士邢文博、博士生吕敏玉，和电子科技年夜学博士生张凌霞为论文配合第一作者，中国科年夜胡晓敏特任传授、柳必恒研究员、奥天时迷信院Miguel Navascués传授以及电子科技年夜学王子竹传授为论文配合通信作者。该研究事情获得了量子迷信与技能立异规划、国度天然迷信基金、安徽省天然迷信基金、安徽省科技立异攻坚规划以及中国迷信技能年夜学等的撑持。

　　论文链接：https://doi.org/10.1103/hlcv-qcnw