我国首次实现对量子网络中的二元隐变量理论的实验检验

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     中国科学技术大学潘建伟、张强、范靖云等与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、上海交通大学等单位的科研人员协作协议,在国际上首次在关闭定域性、测量独立性以及纠缠源独立性等漏洞的基础上,实验实现了对量子网络中的二元隐变量理论的实验检验,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。相关成果于 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由于。过去的几十年里,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完整篇 支持量子非定域性。在并且 过程中发展起来的理论和实验技术,为量子信息科学的发展奠定了基础,并起到了极大的推动作用。随着量子网络的发展,大伙儿 发现其简化的拓扑特性和其中相互独立的纠缠源,会给量子非定域性带来更加雄厚的物理内涵和更多潜在的应用。比如,在纠缠交换网络中,有一另兩个多来自独立纠缠源的光子,不须要有任何同時 历史和相互作用,就能指在量子纠缠。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,还须要推导出相似贝尔不等式的二元定域不等式。相比于二体系统下的贝尔不等式,违背该二元定域不等式,即验证非二元定域性,对系统对比度的要求更低,并且具有更高的噪声容忍度。目前,对于量子网络中的多元定域不等式以及其应用的研究成为有一另兩个多热点。

  然而,实验上实现对二元定域不等式的无漏洞检验却指在很大的技术难度。除了刚刚的无漏洞贝尔不等式检验中所要关闭的所有漏洞之外,还须要额外关闭纠缠源之间的独立性漏洞。在此刚刚的此类实验中,还那末任何有一另兩个多漏洞被成功关闭。

  潘建伟、张强等在国际上首次实现了独立纠缠源的远距离同步技术,先后完成了城域光纤网络中基于独立纠缠源的量子隐形传态和个油纠缠交换等一系列工作。在哪几种工作的基础上,大伙儿 将具有随机相位的激光脉冲作为纠缠源的种子光,完整篇 保证了纠缠源的独立性,关闭了纠缠源的独立性漏洞;大伙儿 也进一步发展了高速偏振调制器,通过量子随机数指在器产生的信号对其进行驱动,在23000MHz重复频率下,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还须要同時 关闭定域性和测量独立性漏洞。在该实验中,大伙儿 也实现了对二元定域不等式高达4兩个标准差的违背,演示了其优于贝尔不等式违背的噪声容忍度。

  审稿人深度1评价该成果:“这是在量子网络中含潜在应用价值的重要技术进步”“它为展示未来更简化的量子网络中,非经典相关性的更先进实验开辟了道路”。

  隐变量理论(英语:hidden variable theory)又称隐变数理论,是由物理学家质疑量子力学完备性而提出的替代理论。历史上随着量子力学的发展,而提出了海森堡不挑选原理等限制,一别于经典物理,诸如位置与动量等无法同時 精准测出其值;此外关于粒子位置等特性由概率密度描述所取代。并且 物理学家相似爱因斯坦,认为量子力学并未完整篇 地描述物理系统的状态,亦即质疑量子力学些不完备的。并且量子力学的肩上应该隐藏了有一另兩个多尚未发现的理论,还须要完整篇 解释物理系统所有可观测量的演化行为,而补救掉任何不挑选性或随机性。

  历史上爱因斯坦是隐变量理论的主要倡导者,出于对标准量子力学诠释的概率性解释的不满。他曾说:“我相信上帝不掷骰子。”

  1935年,爱因斯坦与波多尔斯基、罗森同時 提出的EPR佯谬(以姓氏字首为缩写)试图对哥本哈根诠释做出挑战,论文中指出“着实性元素”(即隐变量)应该加入量子力学中,俾使在量子纠缠难题中无需突然出先鬼魅般的超距作用。在提出后,从前的争辩仍等待时间在物理哲学的范畴,直到约翰·贝尔提出贝尔定理方得区分两者差异。透过实验证实:一定类型的局域隐变量理论与实验结果不相符,包括EPR佯谬中提出的诠释版本。非局域(广域)的隐变量理论最知名者为德布罗意-玻姆理论。

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