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信息学院青年教师罗明星副教授在国际权威学术期刊“Physical Review Letters”上发表量子网络重要研究成果

来源:信息科学与技术学院  作者:胡晓阳   编辑:陈丝丝   日期:2018/4/16   点击数:2300  

近日,西南交通大学信息科学与技术学院青年教师罗明星副教授撰写的“Computationally Efficient Nonlinear Bell Inequalities for Quantum Networks”论文在国际权威学术期刊《Physical Review Letters》上发表。该论文是信息学院在一年时间内的第二篇发表在该顶级期刊上的论文,西南交通大学为第一署名单位。

《Physical Review Letters》是美国物理学会创办的旗舰刊物,为国际物理及相关领域最具权威、久负盛名的学术刊物,该刊的宗旨是发表推动物理学的发展、最具原创性的重要学术成果。许多诺贝尔物理学奖的获奖成果都发表在此期刊上。

量子纠缠是区别于经典物理的一种典型量子力学现象,它的验证不仅是量子力学的基本问题,也是众多应用如量子通信、量子密钥分发、量子多方安全计算等的理论依据。著名物理学家薛定谔、爱因斯坦、贝尔等都研究过此问题,特别是贝尔提出一种可实验验证的方法。贝尔理论可以通过特定的不等式来描述,即多方量子关联一定会违背任何经典关联(隐变量理论)必须遵循的特殊不等式限制。因此,问题的关键就在于如果构造这些特殊的贝尔不等式。另一方面,近年来,随着量子物理实验技术的快速发展,已经可以利用量子纠缠构造一定规模的量子网络,这对某些多方任务非常重要。伴随而来的问题就是如何验证这些量子网络。用于验证单一量子纠缠的传统贝尔不等式无法验证由多个量子纠缠构造的量子网络,比如最简单的链式网络。针对一般量子网络,目前还没有一般的、有效的方法。


基于量子纠缠的量子网络示意图


该论文对量子网络的验证问题进行了深入研究,创新性地将贝尔不等式的构造与量子网络的对偶图联系起来,借助图论的最大独立集算法提出了一种具有多项式复杂度的通有构造算法。在此基础上,分别利用隐变量理论和量子算子理论给出非线性贝尔不等式的最优界限。这些不等式可以直接用于验证量子网络的非局域性。为展示有效性,对于任意由Bell态和GHZ态构造的量子网络,只要存在不少于两个独立的观测者,论文证明多方量子关联违背经典关联所满足的非线性贝尔不等式,从而验证其具有隐变量理论所不能描述的全局非局域性。这是量子网络验证的第一个一般性结论。最后,论文还对具有噪声的量子网络给出了可验证条件。这些成果不仅为一般量子网络的构造提供理论支撑,也为量子信息处理提供必须依据。研究成果得到同行专家的高度评价:“The result are novel and contain new physics of general entangled-state network”, “The problem of detecting such correlations is quite hard. … The results presented in the current manuscript could have an important impact in the future.” 该成果同时得到国家自然科学基金委面上项目、国家留学基金委公派项目、四川省杰青培育项目以及西南交通大学雏鹰学者资助。

信息科学与技术学院历来重视基础前沿科学研究,科研团队建设与青年教师培养并重,形成科研团队与青年教师和新聘教师的双向选择机制,做到每一位新进教师都融入团队,为青年教师创造良好科研氛围的同时培植学术研究土壤,取得了初步成效。近年来,涌现了一批由中青年教师和博士研究生为第一作者或通讯作者的高水准研究成果,分别发表在以Physical Review Letters、IEEE Communications Surveys and Tutorials、IEEE Trans.系列,CVPR等为代表的物理、通信、计算机、控制学科领域的顶级国际期刊和顶级国际会议上。

近年来,信息学院对青年教师在出国进修、研究生招生、资源配置、人才培养项目申报等多方面的持续支持和高度重视,已有一批青年才俊活跃在国际学术界,他们必将成为学校和学院未来的学术主力军和骨干,为学校和学院的人才强院和双一流建设做出更大贡献。