院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦領(lǐng)導(dǎo)的量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在量子力學(xué)基本問題的研究中取得新進(jìn)展。該實(shí)驗(yàn)室李傳鋒、柳必恒、韓永建等人實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了無相容性漏洞的Kochen-Specker(KS)量子互文性。該研究成果10月20日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。論文*作者是該實(shí)驗(yàn)室博士生胡曉敏。
量子非局域性包括空間上的Bell非局域性和時(shí)間上的量子互文性，是量子理論的重要特性。它們既是量子理論與經(jīng)典理論的主要沖突所在，也分別是量子通訊和量子計(jì)算的資源，對(duì)它們的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)是量子力學(xué)基礎(chǔ)研究和量子信息研究的重要課題。特別是對(duì)它們的無漏洞檢測(cè)，一直是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們的重要目標(biāo)，因?yàn)橐坏?shí)驗(yàn)過程中存在漏洞，實(shí)驗(yàn)結(jié)果就能夠用經(jīng)典理論加以解釋。對(duì)于Bell非局域性的檢驗(yàn)，人們已經(jīng)在理論和實(shí)驗(yàn)上做了大量的工作，成功封堵住一系列重要漏洞（包括探測(cè)效率漏洞、類空漏洞等），并基本實(shí)現(xiàn)了無漏洞的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。KS量子互文性是指對(duì)一個(gè)高于兩維的量子系統(tǒng)進(jìn)行相繼的兩個(gè)測(cè)量，后一個(gè)測(cè)量的結(jié)果會(huì)受到前一個(gè)測(cè)量的影響，即使這兩個(gè)測(cè)量本身是相容的。然而已有KS量子互文性的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)均存在一些漏洞，特別是量子測(cè)量的不所導(dǎo)致的相容性漏洞，使得人們甚至懷疑KS量子互文性的實(shí)驗(yàn)可檢測(cè)性。因而實(shí)現(xiàn)無相容性漏洞的KS量子互文性的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)具有重要意義。理論研究表明，要堵上KS互文性檢測(cè)中的相容性漏洞，需要高保真度的兩粒子三維糾纏態(tài)，利用兩個(gè)粒子的空間分離來保障相容性條件。然而已有實(shí)驗(yàn)方法所制備出的三維糾纏態(tài)都達(dá)不到開展這項(xiàng)檢測(cè)所要求的高保真度。
李傳鋒研究組創(chuàng)造性地采用路徑編碼的方式，通過自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程實(shí)驗(yàn)制備出保真度高達(dá)97.5%的兩光子三維糾纏態(tài)，該制備方法具有可擴(kuò)展性，可用來制備更高維的高保真度糾纏光子對(duì)。他們進(jìn)一步將兩個(gè)光子在空間上分離，從而成功地堵上了相容性漏洞，實(shí)驗(yàn)結(jié)果以31個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差違背經(jīng)典理論的預(yù)言結(jié)果，支持了量子力學(xué)的預(yù)言。該成果在無漏洞量子互文性的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)方向上邁出了重要一步。
該工作得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院和量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。
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