中國(guó)科技大學(xué)網(wǎng)站27日消息，近日，該校潘建偉、張強(qiáng)、范靖云等與中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、上海交通大學(xué)等單位的科研人員合作，在國(guó)際上首次在關(guān)閉定域性、測(cè)量獨(dú)立性以及糾纏源獨(dú)立性等漏洞的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子網(wǎng)絡(luò)中的二元隱變量理論的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，為量子網(wǎng)絡(luò)中量子非定域性的實(shí)驗(yàn)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(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然?光子學(xué)》上。

圖自中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

非定域性是量子力學(xué)的重要性質(zhì)，也是愛因斯坦質(zhì)疑量子力學(xué)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(jìn)行的以貝爾不等式違背為代表的非定域性實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)全部支持量子非定域性。在這個(gè)過程中發(fā)展起來的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，為量子信息科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，并起到了極大的推動(dòng)作用。隨著量子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)其復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和其中相互獨(dú)立的糾纏源，會(huì)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(gè)來自獨(dú)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(gè)糾纏源所對(duì)應(yīng)的隱變量也是相互獨(dú)立的，可以推導(dǎo)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(yàn)證非二元定域性，對(duì)系統(tǒng)對(duì)比度的要求更低，而且具有更高的噪聲容忍度。目前，對(duì)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(gè)熱點(diǎn)。

然而，實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)對(duì)二元定域不等式的無漏洞檢驗(yàn)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(yàn)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(dú)立性漏洞。在此之前的此類實(shí)驗(yàn)中，還沒有任何一個(gè)漏洞被成功關(guān)閉。

潘建偉、張強(qiáng)等在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立糾纏源的遠(yuǎn)距離同步技術(shù)，先后完成了城域光纖網(wǎng)絡(luò)中基于獨(dú)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(jī)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(dú)立性，關(guān)閉了糾纏源的獨(dú)立性漏洞；他們也進(jìn)一步發(fā)展了高速偏振調(diào)制器，通過量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在250MHz重復(fù)頻率下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光子偏振態(tài)高達(dá)99%保真度的精準(zhǔn)調(diào)控。上述技術(shù)的發(fā)展極大縮短了非定域性檢驗(yàn)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(shí)關(guān)閉定域性和測(cè)量獨(dú)立性漏洞。在該實(shí)驗(yàn)中，他們也實(shí)現(xiàn)了對(duì)二元定域不等式高達(dá)45個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)得到審稿人的高度評(píng)價(jià)：“這是在量子網(wǎng)絡(luò)中有潛在應(yīng)用價(jià)值的重要技術(shù)進(jìn)步”和“鑒于最近在實(shí)驗(yàn)量子通信方面取得了進(jìn)展，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是非常及時(shí)的，它為展示了未來更復(fù)雜的量子網(wǎng)絡(luò)中的非經(jīng)典相關(guān)性的更先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)開辟了道路”