【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在多體量子非局域性研究方面取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、黃運(yùn)鋒、張超等人與西南交通大學(xué)羅明星等人合作，首次同時(shí)驗(yàn)證了真多體非局域性和網(wǎng)絡(luò)非局域性。成果2月24日發(fā)表在國(guó)際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。
量子非局域性是量子體系的核心特征之一。它展示了相距遙遠(yuǎn)的(類空間隔)觀測(cè)者對(duì)糾纏粒子作局域測(cè)量可以觀測(cè)到超越經(jīng)典(局域隱變量理論)所能產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)分布。自從1964年貝爾理論提出后，量子非局域性得到了大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其中的先驅(qū)性工作最終獲得2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。近年來(lái)，人們開(kāi)始研究更復(fù)雜體系的量子非局域性。一方面，研究人員提出了真多體非局域性的概念，即局域測(cè)量產(chǎn)生的量子關(guān)聯(lián)不能分解成二可分幾率分布的組合。真多體非局域性不僅可以用于設(shè)備無(wú)關(guān)的真多體糾纏態(tài)驗(yàn)證，而且是量子多方協(xié)議安全性保障的理論依據(jù)。另一方面，研究人員研究了由多個(gè)獨(dú)立源構(gòu)成的量子網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的非局域性。這一擴(kuò)展涉及獨(dú)立源的假設(shè)，將原有貝爾理論中單個(gè)局域隱變量擴(kuò)展成多個(gè)獨(dú)立隱變量，因此在量子網(wǎng)絡(luò)中可以產(chǎn)生更加豐富的非局域關(guān)聯(lián)。然而，在單一實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)這兩種非局域性的同時(shí)驗(yàn)證卻是個(gè)懸而未決的問(wèn)題。
在本工作中，研究組提出了一種在單個(gè)實(shí)驗(yàn)中同時(shí)驗(yàn)證兩種非局域性的方法。研究了如圖1所示的混合量子網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)驗(yàn)中，研究組首先利用兩套糾纏源制備出三光子廣義GHZ態(tài)，再通過(guò)貝爾基測(cè)量將三光子廣義GHZ態(tài)與第三套源連接構(gòu)造出混合量子網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由每個(gè)觀測(cè)者局域測(cè)量所產(chǎn)生的非局域關(guān)聯(lián)，不能由一個(gè)二可分三體源和一個(gè)兩體后量子源(滿足無(wú)信號(hào)原理)模擬，從而同時(shí)驗(yàn)證了該混合網(wǎng)絡(luò)的全網(wǎng)絡(luò)非局域性(Fullnetworknonlocality)和三體糾纏源的真多體非局域性。
本工作的一個(gè)貢獻(xiàn)是引入了一種新的網(wǎng)絡(luò)非局域性，比此前定義的全網(wǎng)絡(luò)非局域性更強(qiáng)，它要求網(wǎng)絡(luò)中所有源都是真多體非局域資源。另一個(gè)貢獻(xiàn)是提供了一種利用網(wǎng)絡(luò)輔助驗(yàn)證真多體糾纏態(tài)的方法。已有結(jié)論表明：利用真多體非局域性可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備無(wú)關(guān)的真多體糾纏態(tài)驗(yàn)證，但并非所有真多體糾纏態(tài)都能產(chǎn)生真多體非局域關(guān)聯(lián)。在本工作中，研究組利用網(wǎng)絡(luò)輔助實(shí)現(xiàn)了對(duì)廣義三比特GHZ態(tài)的真多體糾纏驗(yàn)證，而已有理論證明利用常用的Svetlichny不等式無(wú)法實(shí)現(xiàn)該量子態(tài)的真多體糾纏驗(yàn)證。
圖1 由三體糾纏源和兩體糾纏源構(gòu)造的混合量子網(wǎng)絡(luò)示意圖(左)和實(shí)驗(yàn)裝置圖(右)
文章共同第一作者為中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生王寧寧和西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院楊雪博士。本工作得到了合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院和安徽省的資助。
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