中国科大观测到开放量子系统多步演化的记忆效应

IT之家 6 月 17 日消息 从中国科大获悉，该校郭光灿院士团队在开放量子系统的实验研究中取得重要进展，该团队李传锋、柳必恒等人与奥地利科学院理论物理学家合作，实验观测到开放量子系统多步演化的非马尔科夫性，证明了量子记忆效应的操作依赖性。

IT之家了解到，该研究成果 6 月 9 日发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。

据介绍，记忆效应在自然界中普遍存在，例如疾病传播、生化过程、光纤通信等。记忆效应的长度、强度和结构等是表征物理演化的重要参数。在量子信息科学中，理解和控制记忆效应对于发展量子技术至关重要。由于系统和环境的耦合，开放量子系统的演化会展现非马尔科夫性，为研究量子记忆效应提供了平台。然而，由于量子测量会引起系统量子态的坍缩，实验者对系统的探测会影响系统的后续演化，这使得以前人们对量子记忆效应的研究局限在单步演化过程，即初态制备后进行演化最后进行量子测量，而在演化过程中不进行测量。

近年来，李传锋研究组利用单步演化在开放量子系统的研究中取得了列成果，包括观测到马尔科夫环境到非马尔科夫环境的突变 [Nature Physics 7, 931 (2011)]、利用演化的特征谱观测非马尔科夫性 [PRL 120 060406 (2018)]、构造可控相位退相干演化模拟器 [Nature Communications 9, 3453 (2018)] 等。在本工作中，李传锋、柳必恒等人利用过程张量的方法，将可控探测和系统演化分开，从而可以研究多步演化。研究组利用一对纠缠光子的偏振和路径自由度，构造了两类多步演化的开放系统动力学过程，通过度量这两类演化过程在不同测量方式下的非马尔科夫性，证实了量子记忆强度的操作依赖性。

该成果开启了多步演化过程的量子非马尔科夫性的实验研究，充分展示了多步演化过程的高阶量子记忆效应特征。

▲图 1：研究开放量子系统多步演化量子记忆效应的实验光路图

▲图 2：实验结果。（a）和（b）分别展示两类多步演化过程的非马尔科夫性（N）及不同测量方法下的量子记忆强度

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.126.230401