量子导引（quantum steering）是介于量子态的纠缠不可分性和贝尔非局域性之间的一类特殊的量子非局域特性，描述了作用在纠缠粒子对中一个粒子上的局域测量能够非局域地影响另一个粒子状态的能力。量子导引具有天然的不对称性，被认为是单方设备无关量子信息处理的必要资源，近年来引起了科学家对其理论和实验的广泛关注。对于大多数量子系统而言，精确量化纠缠的有效维度是非常重要的。然而，因为目前量子导引有效维度判定理论的限制，实验上仅允许使用两组测量设置对量子系统进行测量，这种方法不能准确认证量子系统的有效导引维度。
(a) 有效导引结构；(b) 双光子高维导引实验；(c) 理论结果
近日，西安交通大学物理学院张沛教授团队提出了一种高鲁棒性和高准确性的量子导引维度判定方法，在单方设备无关情况下，对共享量子态的维度进行可靠而准确的认证提供了有效途径。研究工作主要通过更多的测量设置对较低维的量子导引态集合施加限制，提出更强的基于多测量设置的真正高维量子导引理论判据，并在实验上利用双光子高维轨道角动量量子纠缠态，对理论加以验证。结果表明，此方法在噪声环境下的准确性和鲁棒性均优于现有的其他方法。
该研究成果以《基于多测量设置的高维量子导引认证的鲁棒方法》（Robust Method for Certifying Genuine High-Dimensional Quantum Steering with Multimeasurement Settings）为题发表在美国光学学会旗舰期刊《光学》（Optica）上。论文第一作者为物理学院博士研究生瞿睿，通讯作者为张沛教授，西安交通大学物理学院为第一单位和唯一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金等资助。
张沛教授团队长期围绕涡旋光的精准操控和精确检测开展深入研究，并将这些技术应用于高维量子信息，在相关理论方法发展、物理机理揭示和实验方案设计等方面取得一系列原创性成果，主持四项国家自然科学基金、一项装备预研重大课题和一项装备预研教育部联合基金重点项目子课题，近5年在PRL、Light: Science & Applications、Optica、npj Quantum information等物理学高水平期刊发表论文30余篇。
论文链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.454597
