近日，我校理学院物理学科“吉林省量子计算与量子信息重点实验室”王洪福教授研究团队在量子信息研究中取得重要进展：在非厄米开放腔磁系统中，利用相干耦合和耗散耦合的协同效应实现光学模和磁子模之间的量子纠缠及可控单向导引，揭示了开放腔磁系统中的非对称量子关联行为。相关研究成果以“开放腔磁学系统中协同效应诱导的单向量子导引”（Cooperative-effect-induced one-way steering in open cavity magnonics）为题于2022年9月在量子信息权威期刊《npj Quantum Information》上在线发表，npj Quantum Information 8, 102 (2022) 。

近年来，量子纠缠作为一种特殊的量子关联，成为量子信息和量子计算中的重要资源；而量子导引作为量子纠缠的充分条件，是一种介于量子纠缠和贝尔非定域性之间的量子非局域性，其显著特点是固有的非对称性，即方向性。量子纠缠和量子导引对于检验量子力学基本原理、促进人们更加深刻地认识量子世界发挥了至关重要的作用，并在量子隐形传态、单方设备无关量子密钥分配、单向量子计算和子信道区分等量子信息处理任务的发展中具有广阔的应用前景。

然而，实现具有强纠缠且灵活可控的单向量子导引仍然是一个棘手的问题，特别是在实验资源匮乏的情况下。在新兴领域实现具有强纠缠且灵活可控的单向量子导引，是研究者们一直探索的问题。

基于量子纠缠和量子导引的重要意义，王洪福教授研究团队在均匀磁场中，采用由十字交叉的微波电路和1毫米直径的钇铁石榴石球所构成的非厄米开放腔磁系统，通过微波腔模与磁子模之间相干耦合和耗散耦合的协同效应，实现了双模间的量子纠缠和完美的单向量子导引。研究发现，在相干耦合和耗散耦合共存的情况下，可以在系统本征值能谱中双模频率接近共振的两个类异常点处获得最大量子纠缠和完美的单向量子导引。此研究工作具有以下优点：（1）开放腔磁学系统具有非常灵活的可控性；（2）不需要以降低可导引性为代价给子系统增加非对称损耗或噪声，量子导引方向性仅由协同耗散的相对相位和磁子模的频率失谐来控制；(3) 在弱相干耦合机制和强相干耦合机制下均可以实现量子纠缠和单向导引，且对环境温度具有鲁棒性。研究成果有助于理解开放腔磁系统中的非对称量子关联行为，为基于磁子学混合系统的其他量子效应提供了丰富的灵感，并在基于腔磁系统中量子纠缠连续变量量子信息处理任务方面具有广阔的应用前景。

上述研究由我校和东北师范大学合作完成，论文第一作者管思宇博士生，是我校青年图们江学者预约培养人才；王洪福教授和衣学喜教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、以及延边大学高端人才和延边大学科研创新团队项目经费的支持。

《npj Quantum Information》是自然出版集团与全球知名研究机构以开放获取形式出版的一系列在线出版物“自然合作期刊”（Nature Partner Journals, NPJ）之一。该期刊2022年的影响因子为10.758，中科院1区top期刊。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41534-022-00619-y