檢驗無相容性漏洞量子互文關(guān)系的實驗裝置圖
中國科技大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中國科學(xué)院量子信息重點實驗室在量子力學(xué)基本問題的研究中取得重要進展。該實驗室李傳鋒、柳必恒、韓永建等人首次實驗檢驗了無相容性漏洞（compatibility loophole）的Kochen-Specker(KS)量子互文性(contextuality)。該研究成果10月20日發(fā)表在國際權(quán)威物理學(xué)期刊《物理評論快報》上。
量子非局域性包括空間上的Bell非局域性和時間上的量子互文性，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算的資源，對它們的實驗檢驗是量子力學(xué)基礎(chǔ)研究和量子信息研究的重要課題。特別是對它們的無漏洞檢測，一直是實驗物理學(xué)家們的重要目標，因為一旦實驗過程中存在漏洞，實驗結(jié)果就能夠用經(jīng)典理論加以解釋。對于Bell非局域性的檢驗，人們已經(jīng)在理論和實驗上做了大量的工作，成功封堵住一系列重要漏洞（包括探測效率漏洞、類空漏洞等），并基本實現(xiàn)了無漏洞的實驗檢測。KS量子互文性是指對一個高于兩維的量子系統(tǒng)進行相繼的兩個測量，后一個測量的結(jié)果會受到前一個測量的影響，即使這兩個測量本身是相容的。然而已有KS量子互文性的實驗檢測均存在一些漏洞，特別是量子測量的不完美所導(dǎo)致的相容性漏洞，使得人們甚至懷疑KS量子互文性的實驗可檢測性。因而實現(xiàn)無相容性漏洞的KS量子互文性的實驗檢測具有重要意義。理論研究表明，要堵上KS互文性檢測中的相容性漏洞，需要高保真度的兩粒子三維糾纏態(tài)，利用兩個粒子的空間分離來保障相容性條件。然而已有實驗方法所制備出的三維糾纏態(tài)都達不到開展這項檢測所要求的高保真度。
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)換過程實驗制備出保真度高達97.5%的兩光子三維糾纏態(tài)，該制備方法具有可擴展性，可用來制備更高維的高保真度糾纏光子對。他們進一步將兩個光子在空間上分離，從而成功地堵上了相容性漏洞，實驗結(jié)果以31個標準差違背經(jīng)典理論的預(yù)言結(jié)果，支持了量子力學(xué)的預(yù)言。本成果在無漏洞量子互文性的實驗檢驗方向上邁出了重要一步。
審稿人認為“這是個重要結(jié)果”，“實驗技術(shù)杰出”，“文章結(jié)果和高保真度高維糾纏源將對從事量子物理基本問題、量子態(tài)制備、量子態(tài)掃描和量子計算等方向研究的科學(xué)家具有廣泛興趣”。（This is an important result”, “The technical aspects of the experiment are excellent”,
“The presented results and high-fidelity source may be of broad interest to scientists working in the fields of quantum foundations, state generation，tomography, and quantum computation.” ）
該論文第一作者是中科院量子信息重點實驗室的博士生胡曉敏。該工作得到了科技部、國家自然科學(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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