新技术实现纳米尺度量子多体纠缠探测

科技日报合肥12月18日电（记者吴长锋）记者18日从中国科学技术大学获悉，该校教授王亚和北京师范大学副教授王评合作，在量子多体系统探测上取得重要进展。研究团队提出一种名为“多维关联压印”的全新方法，成功将难以直接观测的高阶量子关联信息“编码”至一个局域量子探针的噪声信号中，从而实现对复杂量子系统内部关联的间接高清探测。相关成果日前在线发表于《物理评论快报》。

理解量子多体系统的非平衡动力学是现代物理学的核心前沿。其中的关键在于探测系统内部粒子间的高阶关联，尤其是量子纠缠。但对于缺乏单粒子独立操控能力的复杂系统的探测，一直是亟待解决的难题。

此次研究团队开发的“多维关联压印”技术，其核心思想是将一个无法直接测量的复杂多体系统与一个高度敏感的局域量子探针耦合。多体系统的复杂关联会作为独特的“印记”，“压印”在探针相对容易读取的时间涨落频谱上。通过解读这些频谱“密码”，便能反推出系统内部的多体关联特性。在实验验证中，研究团队利用空间分辨率达纳米级的金刚石氮空位色心量子探针，首次成功重构了其周围核自旋环境的三阶关联。通过分析关联累积量的谱结构，该方法还能够直接可视化量子纠缠的建立过程，为探测纠缠这一奇特的量子资源提供了新途径。

这项研究为表征缺乏个体寻址能力的量子多体系统开辟了一条具有通用潜力的实验路径。它不仅适用于基础物理研究，未来还有望应用于新型量子材料的表征，以及对日益复杂的量子模拟器的有效验证，从而推动量子科技的发展。