量子导引是介于量子纠缠和贝尔非局域性之间的一类量子非局域特性，描述了在对纠缠粒子对中一个粒子上作用局域测量时，能够非局域地影响另一个粒子的状态的能力。通过测量一个开放量子系统的环境，就可以实现对系统的演化进行导引。与纠缠相仿，系统和环境的关联是经典的还是量子的，或者说该过程究竟符合局域隐态模型还是真正的量子导引，不是很容易区分，人们通常会用一些类似贝尔不等式的不等式进行判断。

近日，德累斯顿工业大学的研究人员在IBMQ处理器上，用一个比特作为开放量子系统，其他比特作为“黑盒子”环境，观察到了量子导引。系统的动力学可由碰撞模型解释，环境比特通过CNOT门让系统比特发生随机的比特位翻转，对系统来说相当于σ_x基下的相位退相干通道，随着碰撞次数N增加，σ_z接近指数衰减。对系统进行量子态层析，对环境比特沿三种不同的投影轴测量，测量到信息完整程度的不对称也模拟了系统和环境的可控性不同。由于测量存在错误，该工作中采用的区分经典局域隐态和量子导引的指标是导引权重，它衡量整个系统中量子成分相对于局域隐态成分的比重，可由半正定规划得到，大于0表明系统是可导引的，即系统与环境是纠缠的。量子态层析时线性求逆得到的可能不是物理的密度矩阵，研究中只保留其中有效的态，从而得到的是导引权重的下限（LB）。对三台IBMQ处理器、1~4的碰撞次数，都得到了超过0的下限。

该工作表明在量子门和测量不完美的情况下，也可能得到量子导引相关的信息，但由于no-signaling条件在这里不完全成立，无法严格地证明量子导引的发生。另外，通过测量导引权重的下限，也能用于表征量子处理器的性能。

论文信息：https://arxiv.org/abs/2111.00074

（张颖珊）