波函數是量子力學最核心的概念之一(yī)，不論是單體(tǐ)還是多體(tǐ)量子系統，其狀态都可以用波函數完全刻畫。目前最常用的測量波函數的方法是量子态層析，然而該方法随着待測系統規模的增加，對資(zī)源的消耗呈指數增長。2011年科學家們基于弱測量和弱值（Weak Value）提出單光子空間波函數的直接測量方法，避免了量子态層析中(zhōng)複雜(zá)的重構過程。然而對于多體(tǐ)特别是含有糾纏的量子系統的波函數直接測量，卻一(yī)直未能取得突破，難點在于無法提取多體(tǐ)系統非局域可觀測量的弱值。  

李傳鋒研究組繼首次實現非局域可觀測量的量子測量[Phys. Rev. Lett. 122, 100405 (2019)]後，與斯德哥爾摩大(dà)學Yaron Kedem博士一(yī)起另辟蹊徑，通過巧妙構造哈密頓量，實現對多體(tǐ)系統局域可觀測量之和的模量（Modular Value）的測量，然後利用它與非局域可觀測量的弱值的數學關系，直接給出後者的取值。該方法成功解決了提取多體(tǐ)系統非局域可觀測量的弱值這一(yī)難題，可以很方便地應用到多體(tǐ)非局域波函數的測量中(zhōng)。研究組在實驗上利用雙光子超糾纏成功演示了雙光子非局域波函數的直接測量。他們将兩個光子制備到偏振和路徑分(fēn)别處于最大(dà)糾纏态的超糾纏态上，再實現偏振和路徑間的相互作用，最後通過路徑指針在不同投影基下(xià)的計數直接測量出雙光子偏振态的波函數。  

該成果首次實現多體(tǐ)糾纏系統波函數的直接測量，《直接測量糾纏态》一(yī)文評論該成果對未來量子信息技術中(zhōng)大(dà)規模糾纏系統的探測提供高效的方法（This  demonstration may lead to more efficient methods for probing large  entangled systems, as are imagined in future quantum information  technologies）。該工(gōng)作還澄清了波函數的直接測量技術源自于弱值而非弱測量，更爲重要的是，對含有糾纏的多體(tǐ)量子系統波函數的直接測量，證明這是一(yī)項純粹的量子技術，而非基于經典的幹涉過程。該方法爲量子物(wù)理基本問題的研究帶來新的思路，并對量子信息技術的發展起到重要推動作用。  

該論文共同第一(yī)作者爲中(zhōng)科院量子信息重點實驗室博士研究生(shēng)潘維韋與特任副研究員(yuán)許小(xiǎo)冶。該工(gōng)作得到了科技部、國家自然科學基金委、中(zhōng)科院、安徽省以及博士後創新人才支持計劃的資(zī)助。  

  直接測量兩光子非局域波函數的實驗裝置圖  

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.150402  

APS網站“物(wù)理新聞與評論”鏈接：https://physics.aps.org/articles/v12/110