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中國科技大學網(wǎng)站27日消息，近日，該校潘建偉、張強、范靖云等與中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、上海交通大學等單位的科研人員合作，在國際上首次在關(guān)閉定域性、測量獨立性以及糾纏源獨立性等漏洞的基礎(chǔ)上，實驗實現(xiàn)了對量子網(wǎng)絡(luò)中的二元隱變量理論的實驗檢驗，為量子網(wǎng)絡(luò)中量子非定域性的實驗研究以及應(yīng)用開辟了新的道路。相關(guān)成果于 8月27日在線發(fā)表在國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然?光子學》上。

圖自中國科學技術(shù)大學

非定域性是量子力學的重要性質(zhì)，也是愛因斯坦質(zhì)疑量子力學完備性的主要原因。過去的幾十年里，在各種二體物理系統(tǒng)中進行的以貝爾不等式違背為代表的非定域性實驗檢驗全部支持量子非定域性。在這個過程中發(fā)展起來的理論和實驗技術(shù)，為量子信息科學的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，并起到了極大的推動作用。隨著量子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)其復雜的拓撲結(jié)構(gòu)和其中相互獨立的糾纏源，會給量子非定域性帶來更加豐富的物理內(nèi)涵和更多潛在的應(yīng)用。比如，在糾纏交換網(wǎng)絡(luò)中，兩個來自獨立糾纏源的光子，不需要有任何共同歷史和相互作用，就能發(fā)生量子糾纏。將貝爾的單一隱變量理論合理地推廣到二元隱變量理論，即每個糾纏源所對應(yīng)的隱變量也是相互獨立的，可以推導出類似貝爾不等式的二元定域不等式。相比于二體系統(tǒng)下的貝爾不等式，違背該二元定域不等式，即驗證非二元定域性，對系統(tǒng)對比度的要求更低，而且具有更高的噪聲容忍度。目前，對于量子網(wǎng)絡(luò)中的多元定域不等式以及其應(yīng)用的研究成為一個熱點。

然而，實驗上實現(xiàn)對二元定域不等式的無漏洞檢驗卻存在很大的技術(shù)難度。除了之前的無漏洞貝爾不等式檢驗中所要關(guān)閉的所有漏洞之外，還需要額外關(guān)閉糾纏源之間的獨立性漏洞。在此之前的此類實驗中，還沒有任何一個漏洞被成功關(guān)閉。

潘建偉、張強等在國際上首次實現(xiàn)了獨立糾纏源的遠距離同步技術(shù)，先后完成了城域光纖網(wǎng)絡(luò)中基于獨立糾纏源的量子隱形傳態(tài)和百公里糾纏交換等一系列工作。在這些工作的基礎(chǔ)上，他們將具有隨機相位的激光脈沖作為糾纏源的種子光，完全保證了糾纏源的獨立性，關(guān)閉了糾纏源的獨立性漏洞；他們也進一步發(fā)展了高速偏振調(diào)制器，通過量子隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號對其進行驅(qū)動，在250MHz重復頻率下，實現(xiàn)了對光子偏振態(tài)高達99%保真度的精準調(diào)控。上述技術(shù)的發(fā)展極大縮短了非定域性檢驗所需的距離要求，從而使得只需構(gòu)建小型量子網(wǎng)絡(luò)就可以同時關(guān)閉定域性和測量獨立性漏洞。在該實驗中，他們也實現(xiàn)了對二元定域不等式高達45個標準差的違背，演示了其優(yōu)于貝爾不等式違背的噪聲容忍度。

該實驗得到審稿人的高度評價：“這是在量子網(wǎng)絡(luò)中有潛在應(yīng)用價值的重要技術(shù)進步”和“鑒于最近在實驗量子通信方面取得了進展，這個實驗是非常及時的，它為展示了未來更復雜的量子網(wǎng)絡(luò)中的非經(jīng)典相關(guān)性的更先進的實驗開辟了道路”