Los observables complementarios, como las coordenadas y el momento, son conceptos centrales en la mecánica cuántica. Las mediciones correspondientes se denominan mediciones mutuamente imparciales y están indisolublemente ligadas a los MUB.

Los MUB están profundamente relacionados tanto con el principio de complementariedad como con la relación de incertidumbre y desempeñan un papel importante en el estudio fundamental de la mecánica cuántica. Se demuestra que no todas las bases imparciales son equivalentes. Se pueden construir MUB no equivalentes cuando la dimensión del espacio de Hilbert es igual o mayor que 4.

La mayoría de los estudios relacionados se han limitado a las diferencias matemáticas de MUB no equivalentes y rara vez abordan las diferencias de dotación de MUB no equivalentes en el procesamiento de información cuántica. Por lo tanto, los investigadores estaban interesados ​​en saber si los MUB no equivalentes mostrarían diferencias significativas en el procesamiento de información cuántica.

A partir de un simple problema de estimación cuántica, los investigadores propusieron un nuevo método para distinguir las distinciones operativas entre MUB no equivalentes. En particular, la fidelidad de la estimación de tres copias puede distinguir entre MUB no equivalentes en un espacio de Hilbert de dimensión 4.

Para facilitar la demostración experimental de este método, los investigadores construyeron dos diseños de 4 con cardinalidades más pequeñas en la dimensión 4, uno de los cuales se generó con el grupo de Clifford y el otro se generó mediante un procedimiento de optimización numérica.

El conjunto de estados puros basado en 4 diseños garantiza que la fidelidad de la estimación no dependa de las transformaciones unitarias, reflejando así las propiedades intrínsecas de las bases insesgadas.

El equipo de investigación, empleando la plataforma de medición de precisión cuántica óptica de múltiples copias de alta precisión, verificó experimentalmente que los MUB no equivalentes en el espacio de 4 dimensiones tenían diferentes capacidades de extracción de información en la medición real de estados cuánticos de tres copias.

Con mediciones mutuamente imparciales utilizadas en el experimento para la extracción de información del estado cuántico, se reveló que la fidelidad de la estimación estaba relacionada con las propiedades intrínsecas de los MUB.

Con la diferente selección de los MUB, la fidelidad máxima obtenida experimentalmente difiere de la fidelidad mínima en aproximadamente un 4% y respondió bien a la predicción teórica con solo un 0,16% de desviación promedio.

Este estudio marca un gran paso adelante en el estudio de MUB no equivalentes y tiene aplicaciones potenciales en muchas tareas de procesamiento de información cuántica, como la estimación del estado cuántico, la detección de entrelazamientos y la comunicación cuántica.

Los grupos de investigación incluyen al Prof. Li Chuanfeng, el Prof. Xiang Guoyong y el Prof. Hou Zhibo, dirigidos por el académico Guo Guangchan de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia China de Ciencias (CAS), en colaboración con el profesor Zhu Huangjun. de la Universidad de Fudan,