開放量子系統(tǒng)不可避免地與環(huán)境相互作用，當(dāng)系統(tǒng)流入環(huán)境的信息部分甚至全部地回流到系統(tǒng)中時，就是非馬爾科夫過程。探測演化過程的非馬爾科夫性是近十年來開放量子系統(tǒng)的研究焦點。最近的理論研究把馮·諾依曼的譜理論推廣到了開放量子系統(tǒng)的動力學(xué)演化過程，并發(fā)現(xiàn)利用演化的特征譜可以方便地探測完全非馬爾科夫過程。

    近期，在國家重點研發(fā)計劃量子調(diào)控與量子信息重點專項項目（項目編號：2017YFA0304100）的支持下，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李傳鋒研究組創(chuàng)新性地利用光子的偏振態(tài)作為量子系統(tǒng)，光子的空間模式作為量子系統(tǒng)的環(huán)境，通過一系列小型偏振分束器把量子系統(tǒng)與環(huán)境耦合起來，模擬了量子系統(tǒng)的演化過程，并利用特征譜方法準(zhǔn)確地探測了不同環(huán)境中演化的完全非馬爾可夫性，國際上首次通過實驗實現(xiàn)了動力學(xué)演化過程的特征譜測量，研究成果2月8日發(fā)表在《物理評論快報》上。

圖：測量信道本征值譜的實驗光路圖

    本研究成果擴展了譜理論的應(yīng)用范圍，并提供了利用演化的特征譜探測非馬爾可夫性的新方法。該方法比傳統(tǒng)方法更簡單有效，且不需要輔助粒子和量子糾纏等資源，為開放量子系統(tǒng)的進一步深入研究打下了重要基礎(chǔ)。