近日，中國科學技術大學郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室李傳鋒研究組與半導體所及瑞典科學家合作，實驗實現了量子態可恢復的新型量子測量，并驗證了量子測量過程中信息提取與量子態恢復之間的轉化等式關系，從信息提取的角度推進了對海森堡不確定關系的理解。此成果6 月5 日在線發表在Physical Review X 上[Phys. Rev. X 4, 021043 (2014)]。

量子測量是量子力學的核心問題之一，根據馮·諾依曼假定，量子測量在提取信息的同時會導致量子態的坍縮。近年來隨著量子信息科學的發展，人們對量子測量有了更深入的理解，測量過程中探針與系統的耦合強度是量子測量的重要參數，耦合最強時即是量子力學書上通常所說的馮·諾依曼正交投影測量。進一步的研究表明，量子測量可以被概率性的消除，即測量完成后存在相應的操作能以一定的幾率使得系統恢復到被測量前的狀態。研究組的實驗證實對于量子信息中廣泛使用的比特系統，量子測量提取的信息和量子態恢復幾率之間存在一個等式關系，提取的信息越多，相應量子態恢復幾率越小。馮·諾依曼測量能提取最多的信息，但是會徹底破壞系統的狀態，使得量子態恢復幾率為零。

研究組利用單光子的偏振作為待測的比特系統，搭建了兩個高性能的量子干涉儀分別實現量子態的測量和恢復過程。這樣的實驗裝置不僅可以實現不同強度的量子測量，而且對于任意量子測量可以進行最優恢復操作。實驗結果完美地驗證了量子測量中信息提取與量子態恢復之間的轉化等式關系。它完全不同于不確定關系和互補原理等的不等式關系，豐富了人們對量子測量這一基本問題的理解，對量子測量的表征及量子信息安全具有重要意義。本成果同時從量子信息提取的角度推進了海森堡不確定關系的深入研究。

上述研究得到了國家基金委、科技部和中國科學院支持。