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首次试验验证量子网络二元隐变量理论

来源:中安在线  作者:  2019-08-29 11:16:00

  记者8月28日从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟院士团队与合作者近期在国际上首次试验验证了量子网络中的二元隐变量理论,为量子网络中量子非定域性的实验研究以及应用开辟了新的道路。成果8月27日在线发表在国际权威学术期刊《自然·光子学》上。

  非定域性是量子力学的重要性质,也是爱因斯坦质疑量子力学完备性的主要原因。过去几十年里,在各种二体物理系统中进行的以贝尔不等式违背为代表的非定域性实验检验全部支持量子非定域性。随着量子网络的发展,人们发现其复杂的拓扑结构和其中相互独立的纠缠源,会给量子非定域性带来更加丰富的物理内涵和更多潜在的应用。比如,在纠缠交换网络中,两个来自独立纠缠源的光子,不需要有任何共同历史和相互作用,就能发生量子纠缠。这就将贝尔的单一隐变量理论合理地推广到二元隐变量理论,即每个纠缠源所对应的隐变量也是相互独立的,可以推导出类似贝尔不等式的二元定域不等式。该理论可以推广到更复杂的量子网络中。

  然而,实验上实现对二元定域不等式的无漏洞检验存在很大技术难度。除了之前的无漏洞贝尔不等式检验中所要关闭的所有漏洞之外,该实验还需要额外关闭纠缠源之间的独立性漏洞。

  近年来,潘建伟团队在国际上首次实现独立纠缠源的远距离同步技术,先后完成城域光纤网络中基于独立纠缠源的量子隐形传态和百公里纠缠交换等一系列工作。在此基础上,他们将具有随机相位的激光脉冲作为纠缠源的种子光,完全保证了纠缠源的独立性,关闭了纠缠源的独立性漏洞。他们进一步发展了高速偏振调制器,通过量子随机数发生器产生的信号对其进行驱动,实现了对光子偏振态高达99%保真度的精准调控。上述技术的发展,极大缩短了非定域性检验所需的距离要求,从而使得只需构建小型量子网络就可以同时关闭定域性和测量独立性漏洞。在该实验中,他们也实现了对二元定域不等式高达45个标准差的违背,演示了其优于贝尔不等式违背的噪声容忍度。

  该实验得到《自然·光子学》审稿人的高度评价:“这是在量子网络中有潜在应用价值的重要技术进步”。

编辑:王金雷