非高斯量子态及其何处可寻

高斯态在连续变量量子系统物理中发挥了重要作用。它们因易于实验制备以及紧凑而优雅的数学描述而颇具吸引力。然而，许多拟议的量子技术要求我们超越高斯态的范畴并引入非高斯要素。在本教程中，我们为非高斯量子态的物理提供了一份路线图。我们引入相空间表示为框架，以描述连续变量系统中量子态的不同性质。随后我们以多种方式运用该框架来探索态空间的结构。我们解释非高斯态如何不仅可通过其 Wigner 函数的负值来刻画，还可借助诸如量子非高斯性以及相关的星秩等其他性质来刻画。对于多模系统，我们自然面临非高斯性质相对于量子关联如何表现的问题。为回答此问题，我们首先展示如何通过对高斯态的部分模进行测量来产生非高斯态。接着我们强调，这些被测模必须通过特定的量子关联与系统其余部分相关联，才能产生量子非高斯或 Wigner 负态。另一方面，非高斯操作亦被证明可增强甚至创造量子关联。最后，我们将证明 Wigner 负性是违背 Bell 不等式和实现量子计算优势的必要条件。教程末尾，我们还概述了量子光学及其他领域中非高斯量子态的若干实验实现。