《国家科学评论》2025年第一期正式发表北京计算科学研究中心薛鹏教授课题组在光量子行走方面的实验成果，题为“Experimental revival of an unknown state from the past in quantum walks”。该团队通过巧妙地引入干预操作，在光量子行走中实验观测到了不依赖具体行走过程的行走者任意历史状态的复现。
在理想量子计算机等孤立量子系统中，量子演化的幺正性保证了系统状态的可逆性。然而，如何使量子系统恢复它之前所处的状态是一个复杂的问题，它往往需要先前演化的全部信息来设计相应的逆演化。在量子行走中，这一问题被称为量子态的复现。在之前的研究中，量子行走中的态复现通常是特殊量子行走的周期性所带来的现象，而在一维量子行走中，行走者总是展现出弹道扩散的行为而不会恢复到初始的局域状态。
针对上述问题，薛鹏教授团队设计了一种巧妙的干预操作方案，使得两次干预操作后行走者能够自发地复现其之前的量子态。该团队利用光子偏振态作为行走者硬币态，实现了在光子轨道角动量空间的量子行走，并进一步演示了上述量子态复现的方案。该实验展示了上述态复现的现象不依赖行走者初态及所演化的步数，也不需要行走过程的详细信息。此外，该团队还展示这种态复现的方案可以简化得到行走者在位置空间几率分布的复现，也可以用于在量子行走中引入周期性。
图 1 实现量子态复现的光量子行走光路图
图 2 不同初态（行）及不同硬币抛掷算符（列）时态复现及其产生的周期性
上述研究展示了一种新奇的量子系统复现其历史状态的物理现象，也为量子态调控及量子器件的格式化提供了新的启示。
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https://doi.org/10.1093/nsr/nwae263
