自测试是一种很有前途的方法，可以仅使用收集到的测量结果来推断特定量子实验背后的物理原理。虽然此方法可用于检查二分纯纠缠态，但到目前为止，它只能应用于涉及任意数量系统的有限种类的量子态。

索邦大学、ICFO 光子科学研究所和 Quantinuum 的研究人员最近推出了一个框架，用于对任意数量系统的所有纯纠缠态进行量子网络辅助自测试。他们的论文发表在《自然物理学》上，可以为未来旨在证明量子现象的研究工作提供信息。

M = 5 设备自测三方状态|ψ 场景下的网络辅助自测。

进行这项研究的研究人员之一(Matty Hoban说：“2014年，我在巴塞罗那的安东尼奥小组Acín担任博士后研究员，当时第一作者伊万Šupić和我开始一起研究自我测试量子态。”“也就是说，在不信任设备并将它们视为黑匣子(称为设备无关设置)的情况下，证明你拥有特定量子状态的系统。这项工作的一部分涉及探索不同类型的信任场景。”

在他们最初的合作中，Hoban 和 Šupić 调查了量子物理学家信任他们的一些实验组件而不信任其他组件的场景。他们的目标是确定可以简化这些不同场景中量子态认证的策略。

Hoban说：“当Ivan来看我的时候，我已经搬回了英国，在牛津大学，我们开始探索一种环境，在那里你可以准备特定的、简单的量子态，并相信这种准备，然后使用这些态来探测具有更复杂量子态的更大系统。”“这有点像用一个小磁铁(例如指南针)来描述地球磁场的特征。与其他作者Antonio Acín和Laia Domingo Colomer一起，我们展示了如何在称为测量设备独立设置的设置中自我测试任意量子态。同时，Ivan 正在与 Joseph Bowles、Antonio Acín 和 Daniel Cavalcanti 合作，在这个完全黑盒的设置中检测纠缠。”

在他们的新研究中，Hoban 和他的同事发现简单量子态的自我测试可以成为检测纠缠的基石。具体来说，这可以通过自测最大纠缠状态并在具有更多系统的联网场景中传输来实现。

结合他们的研究工作，研究人员能够消除在他们之前的一项工作中概述的与测量设备无关的设置中表征量子态准备的假设。然后，他们还与 Marc-Olivier Renou 合作，后者在研究网络场景中与设备无关的量子系统方面经验丰富。

“在传统的自我测试中，如果你想证明 N 方具有特定的 N 部分量子态，你只需询问 N 台设备的问题，”Hoban 解释说。“但现在想象一下，你有一个由M个设备组成的大型网络，它们可以共享信息，M可能比N大。网络辅助自测允许你对这个更大的网络提出问题，以确定少量设备的行为。在经典世界中，添加额外的设备似乎不会带来任何好处:如果我问一个人现在几点，他的手表不应该取决于他是否有朋友在身边。但添加量子系统可以添加更多东西。”

量子系统与经典系统的显著区别在于不同系统之间的联系，特别是量子纠缠的概念。量子纠缠是许多量子信息任务的基础，比如量子隐形传态。

Hoban说:“如果我们有两方，Alice可以发送一个任意的未知量子态给Bob，如果他们最初共享一个最大纠缠态。”“因此，不仅是纠缠，而且是最大纠缠，允许我们将量子信息从一方转移到另一方。除了Alice和Bob，我们可以让多方在网络中移动这些信息。”

Hoban 和他的同事引入的网络辅助自测策略利用了设备可以与其他设备纠缠来实现量子理论的特征，包括隐形传态。作为他们研究的一部分，研究人员表明他们的策略成功地实现了任意纯量子态的自我测试。

Hoban说:“在更基础的层面上，我们的结果表明，你可以将一个系统视为一个完整的黑盒，但从与它交互的统计数据中，你可以得出系统的属性是什么。”“这有点像你让一名犯罪证人重现被指控的罪犯的样子;产生的图像可能看起来非常错误，也可能完全是普通的。此外，证人可能在撒谎，而你不知道。在我们的工作中，只需向黑匣子提问，就可以对系统的量子描述进行完美的重建，如果系统试图对里面的内容撒谎，你就可以揭穿它。”

这组研究人员最近的工作可能很快会为验证量子设备和纠缠态量子态开辟新的机会。值得注意的是，他们提出的技术是通用的，因此它可以用于自测各种量子态，而无需进行特殊调整。Hoban 和他的同事们现在正致力于使他们的策略越来越适用于现实世界的问题。

Hoban 补充说：“我们的结果更符合原理，要求你完美地完成某些任务；我们需要考虑到出现一些小错误的可能性。” “这在文献中被称为稳健的自测试。此外，我们使用的方法是通用的，我们希望将它们适应特定的设置以减少资源需求。我还想找到委托量子计算和量子的应用程序密码学。”

参考链接：https://phys.org/news/2023-03-framework-self-test-entangled-states-quantum.html