近日，辽宁大学物理学院玉素甫·吐拉克（Yusuf Turek）教授课题组在国际量子科技领域权威期刊 《Quantum Science and Technology》上发表题目为 “Non-Gaussian quantum state engineering with postselected von Neumann measurements”的研究论文。该期刊是IOP出版社旗下的量子科技领域顶级期刊，致力于发表量子信息、量子计算、量子计量学等方向的高影响力原创研究, 影响因子为5.0（2025）, 是物理与天体物理中的二区Top期刊。 2024级硕士研究生姚晓曦为论文第一作者，玉素甫·吐拉克教授为通讯作者，辽宁大学为论文的独立完成单位。

非高斯量子态因其固有的Wigner函数负性和高阶量子关联，被视为实现量子计算优势、突破经典测量极限的关键资源。然而，传统制备方法——如光子加减、光子催化等——本质上依赖于条件性测量，其成功率随所需态的非经典性增加而急剧下降。特别是对于具有重要应用价值的大振幅薛定谔猫态（α≥2），现有方案往往需要昂贵的量子资源或受限于极低的成功率。因此，如何在保持高保真度的同时实现高效率、可扩展的非高斯态制备，是该领域长期面临的核心挑战。

针对上述难题，玉素甫·吐拉克教授团队另辟蹊径，将目光投向了量子测量理论中的冯·诺依曼测量框架。与传统弱测量方案不同，该工作摒弃了弱耦合近似，直接考虑测量相互作用强度 s 可以取任意值（从 s≪1 的弱测量区到 s》1 的强测量区）。通过精确调控系统与指针之间的耦合强度以及前后选择产生的弱值 ，该方案能够将初始的高斯态（如压缩真空态、相干态）高效地转化为一系列重要的非高斯态。研究团队从理论上证明，后选择冯·诺依曼测量可视为一个统一生成器：当初始指针为压缩真空态时，输出态可连续调控为类 Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）态；当初始指针为相干态时，输出态则涵盖奇、偶以及Yurke-Stoler型薛定谔猫态。该方案向两模情形的扩展同样自然：通过对单模施加后选择测量并经过一个50:50分束器，原本可分离的压缩态或相干态可被确定性转化为两模纠缠的非高斯态，包括纠缠压缩猫态和近最大纠缠的贝尔态。

该方案的核心优势体现在两个方面。其一，显著提升的成功概率。传统弱测量方案受限于弱耦合条件（s≪1），其成功概率极低。本工作通过将操作区间扩展至强耦合区域（s>1），在保持输出态高质量的同时，将成功概率提升至可观水平。例如，在生成大振幅单模压缩偶猫态（有效振幅 α=2.71）时，其成功概率可达0.5，远高于传统光子加减方法。其二，连续可调的量子资源。通过简单地改变弱值  和耦合强度 s，同一实验装置即可产生从标准猫态到各种中间态、从弱纠缠到近最大纠缠的连续态族。这种灵活性为量子信息处理中的特定任务优化提供了极大便利。

该方案不仅从理论上统一了弱测量与强测量两个看似迥异的领域，更重要的是，其核心要素——可调耦合强度的冯·诺依曼相互作用——已在当前多个先进物理平台（如电路QED、离子阱系统）中得到实验验证。因此，该工作所提出的协议具有明确的实验可行性，有望在近期推动高品质非高斯量子态的实际制备与应用。

该研究工作得到了国家自然科学基金（No. 12365005）的资助。

 

第一作者：姚晓曦，2024级硕士研究生，至今在《Npj Quantum Information》、《Physical Review A》和《Quantum Science and Technology》等国际量子科技领域权威期刊上以第一作者身份发表学术论文3篇。

 

通讯作者：玉素甫·吐拉克，教授，硕士生导师。2015年中国科学院理论物理研究所博士，2013年3-5月日本理化所访问学者，2014年7-10月日本分子科学研究所访问学者，2015年7月至2017年10月北京计算科学研究中心、美国德州农工大学博士后。2020年10月晋升教授，2023年加入辽宁大学。新疆维吾尔自治区高层次人才，沈阳市高层次人才C类（领军人才）。主要从事量子弱测量技术及其应用、量子物理以及量子光学与量子信息理论方面的教学科研工作，至今发表SCI论文30余篇。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2058-9565/ae5acf