近日，我校数学学院的算子理论与量子信息团队应用算子理论和计算数学等数学工具，在量子信息与量子计算领域多体系统中量子态k-不可分性即k-纠缠的实用检测问题上取得研究进展。该研究工作以题为“Practical approach for detecting k-nonseparability of multipartite quantum states”的学术论文，近期发表在期刊《SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy》上。该论文的第一署名单位为太原理工大学，我校博士研究生郭婕为第一作者，侯晋川教授为第一通讯作者，贺衎教授为最终通讯作者，投稿作者。山西大学数学与统计学院齐霄霏教授为共同通讯作者。该研究成果还申请了一项国家发明专利，并入选《山西省量子信息先进技术与创新产品名录》。

量子纠缠的识别在量子信息理论中占据基础性地位，是量子计算、量子通信等技术实现的核心要素。然而，在过去二十多年中，尽管在有限维和无限维度量子系统的纠缠判据研究已经取得了许多进展，但纠缠态的检测问题仍未得到令人满意的解决。现有的纠缠判据基本上都是属于理论性的，虽然能够识别部分特殊类的纠缠态，但它们在面对任意复杂的量子态时往往失效或无能为力，特别是在多体量子系统中，量子态具有更为复杂的纠缠结构，而现有的方法通常无法应对这些复杂情况，使得纠缠探测和分类识别问题的解决更加困难。本研究成果通过深入探讨n体系统的k-纠缠性，提出了识别多体量子系统k-纠缠态的一个新的充分且必要判据，为上述问题的解决提供了一个更为全面的视角和通用实用性较强的解决方案。这一判据不仅能够严格区分任意维度多体系统量子态的k-纠缠性，而且，相比于现有的各种纠缠判据，其突出特点是具备实用性，具备计算机软件化工具化性能。基于该判据，本成果提出了一种全新的探测多体量子系统下量子态k-纠缠性的数值处理方法，设计了一套完整的实用化的纠缠检测方案，使得对任意给定的多体量子系统，通过建立相应的数据库，构建计算机软件，以有效地完成识别任意态是否具有各类纠缠性的任务。为验证该方案的可行性，该成果还成功构建了高精度且可迅速检测量子比特数不超过4的任意量子态各类纠缠性的计算机软件。中国科学院应用数学研究所所长、量子信息与量子计算领域资深专家骆顺龙研究员在同期《SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy》上，作为研究亮点(Research Highlight)，撰文对该研究成果进行了点评：“Recently, Guo et al. addressed this crucial challenge by exploring the k-nonseparability of multipartite quantum systems, offering a novel and comprehensive solution to detect entanglement across multiple subsystems. ”

我院算子理论与量子信息团队负责人是贺衎教授，团队专注于算子理论等数学分支与量子信息科学技术的交叉领域前沿课题研究，注重解决量子信息理论与应用技术的关键问题，推进科研成果转化，助力国家科技战略实施，锤炼出一个理论研究与产业应用并重、思想积极向上、锐意进取、梯队科学合理的创新型团队。团队近年来在量子信息技术前沿领域，如多体量子关联的识别与量化、量子网络理论与技术、基于机器学习的量子网络关联识别等方面，逐渐形成了特色明显的交叉研究风格，研究成果得到国内外同行认可。

该研究工作得到国家自然科学基金项目(No.12071336, 12271394, 12171290)支持。

论文链接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11433-024-2497-7

初审：张艳芳

复审：王   丽

终审：孙   莉