量子力學基礎研究獲新進展（量子力學基礎研究獲新進展）

2023-05-18 05:47:37 1

《物理評論快報》封面。中國科學技術大學供圖

　　中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、黃運鋒等與西班牙理論物理學家Marc-Olivier Renou等合作，實驗驗證了基於局域操作和共享隨機性（LOSR）理論框架下的真多體非局域性，結果表明用兩體或三體非局域關聯無法解釋自然界產生的所有關聯。相關成果日前以封面文章形式發表於《物理評論快報》。

　　量子力學允許粒子之間存在非局域的關聯，即量子非局域性。量子非局域性是實現各種量子信息過程的重要資源。對於多體系統，真多體非局域性被認為是多體系統中能展現的最強非局域關聯。

　　真多體非局域性檢驗通常依賴於局域操作和經典通信（LOCC）框架下的不等式的違背。然而在這種檢驗中，通常需要假定不同觀測者間聯合測量的概率分布服從無信號條件，經典通信是禁止的，因此基於LOCC的真多體非局域性並不是良好的定義。

　　在量子資源理論中，LOCC並不是唯一可以用來定義糾纏資源的免費操作，在去除經典通信後，一個更為自然的定義是基於LOSR的理論框架。

　　在實驗中，研究組先驗證了三體糾纏結構的非局域性。該三體系統的LOSR局域模型允許三體之間具有共享隨機性，並允許對任意兩體之間的關聯不設限，即允許其關聯可以是量子關聯，也可以是具有更為廣泛的不依賴量子力學描述的廣義概率理論所允許的關聯。

　　研究組聯合Marc-Olivier Renou等人對此前相關理論工作中提出的LOSR非局域性不等式進行改進，針對多光子實驗中常見的白噪聲提出了魯棒性更強的不等式，並在實驗中利用自主研製的「三明治型」高保真度多光子糾纏源以26.3個標準差的違背驗證了真三體LOSR非局域性。

　　研究組進一步在四體情形實驗違背了真四體LOSR不等式，實驗排除了基於共享隨機性和三體廣義關聯的局域性模型，展示了真四體非局域性。

　　該工作中提出的不等式可以拓展到任意N體情形，而製備高保真度糾纏源的方法為實驗展示更大量子系統非局域性打下了基礎。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.150402

　　（原載於《中國科學報》 2022-10-14 第1版 要聞）