【儀表網 研發快訊】中國科學技術大學自旋磁共振實驗室王亞教授和北京師范大學王評副教授合作，在量子多體系統探測上取得重要進展。研究團隊提出一種名為“多維關聯壓印”的全新方法，成功將難以直接觀測的高階量子關聯信息“編碼”至一個局域量子探針的噪聲信號中，從而實現對復雜量子系統內部關聯的間接高清探測。相關成果12月9日以“Nanoscale Detection of Many-Body Entanglement via Multidimensional Correlation Imprinting”為題在線發表于國際學術期刊《物理評論快報》。
理解量子多體系統的非平衡動力學，是現代物理學的核心前沿。其中的關鍵在于探測系統內部粒子間的高階關聯(尤其是量子糾纏)，但對于缺乏單粒子獨立操控能力的復雜系統，一直是亟待解決的難題。
圖：(a)方法概念圖。(b)三體關聯的重構。(c)通過關聯累積量可視化量子糾纏的建立過程。
為解決這一難題，研究團隊開發了“多維關聯壓印技術”。其核心思想是將一個無法直接測量的復雜多體系統與一個高度敏感的局域量子探針耦合。多體系統的復雜關聯會作為獨特的“印記”，“壓印”在探針相對容易讀取的時間漲落頻譜上。通過解讀這些頻譜“密碼”，便能反推出系統內部的多體關聯特性(圖(a))。在實驗驗證中，研究團隊利用金剛石氮空位色心量子探針，首次成功重構了其周圍核自旋環境的三階關聯(圖(b))。通過分析關聯累積量的譜結構，該方法還能夠直接可視化量子糾纏的建立過程(圖(c))，為探測糾纏這一奇特的量子資源提供了嶄新途徑。
這項研究為表征缺乏個體尋址能力的量子多體系統開辟了一條具有通用潛力的實驗路徑。它不僅適用于基礎物理研究(如多體關聯傳播、檢驗Lieb-Robinson界)，未來還有望應用于新型量子材料的表征，以及對日益復雜的量子模擬器的有效驗證，從而推動量子科技的發展。
中國科學技術大學自旋磁共振實驗室博士生張濤、特任副研究員季文韜為論文共同第一作者，王亞和王評為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委、科技部等資助。
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