近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等團(tuán)隊針對獨(dú)立量子比特間的量子關(guān)聯(lián)，發(fā)展出非線性分析框架，實現(xiàn)了對這類量子關(guān)聯(lián)的非凸結(jié)構(gòu)的精確刻畫，并揭示了其在量子信息任務(wù)中的關(guān)鍵應(yīng)用。

　　量子關(guān)聯(lián)是量子理論區(qū)別于經(jīng)典理論的核心特征，也是量子信息處理中的關(guān)鍵資源。實際實驗中，量子關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生不僅受量子力學(xué)基本原理約束，還受限于實驗資源。作為最基礎(chǔ)的實驗平臺，獨(dú)立量子比特系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)集合具有本質(zhì)非凸結(jié)構(gòu)。精準(zhǔn)刻畫這類關(guān)聯(lián)集合，是厘清量子基礎(chǔ)特性、優(yōu)化設(shè)計量子信息任務(wù)的關(guān)鍵前提，而傳統(tǒng)依托凸優(yōu)化的線性分析方法已無法適用。

　　研究團(tuán)隊從不確定性關(guān)系出發(fā)，推導(dǎo)出一組量子比特間的貝爾型關(guān)聯(lián)與制備—測量型關(guān)聯(lián)特有的約束條件，精確描述了這類關(guān)聯(lián)所構(gòu)成集合的精細(xì)結(jié)構(gòu)，建立了器件參數(shù)與量子關(guān)聯(lián)的明確對應(yīng)。相較于現(xiàn)有凸化方法，該框架可精確刻畫關(guān)聯(lián)集合的非凸特性，這正是有限維量子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的標(biāo)志性特征；基于該架構(gòu)提出的“基于關(guān)聯(lián)的設(shè)備推斷”協(xié)議，實現(xiàn)了從一般（非極值）關(guān)聯(lián)統(tǒng)計中推斷乃至唯一確定儀器參數(shù)，突破了傳統(tǒng)自檢測對極值關(guān)聯(lián)的依賴；利用推斷出的設(shè)備信息可直接優(yōu)化糾纏探測方案，經(jīng)優(yōu)化后部分定域關(guān)聯(lián)亦可用于認(rèn)證量子糾纏，為糾纏檢測提供了新視角。

　　該研究為當(dāng)前主流量子實驗平臺產(chǎn)生的量子關(guān)聯(lián)提供了分析工具，在量子隨機(jī)數(shù)生成、糾纏驗證等關(guān)鍵信息任務(wù)中具有潛在的應(yīng)用價值。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。研究工作得到國家重大科技專項和國家自然科學(xué)基金等的支持。