量子網(wǎng)絡(luò)的非局域性得到實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)

  ICC訊 17日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組與奧地利同行等合作，使用超糾纏實(shí)現(xiàn)基于對(duì)稱(chēng)聯(lián)合測(cè)量的糾纏交換，展示了與標(biāo)準(zhǔn)貝爾態(tài)測(cè)量的非局域量子網(wǎng)絡(luò)完全不同的性質(zhì)。研究成果日前發(fā)表在國(guó)際期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

  貝爾非局域是量子力學(xué)和量子信息科學(xué)的重要基礎(chǔ)。近年來(lái)，對(duì)非局部性的研究不再局限于兩體問(wèn)題，而是轉(zhuǎn)向更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)涉及多個(gè)獨(dú)立的糾纏源，實(shí)驗(yàn)中將這些糾纏源進(jìn)行多方分發(fā)和糾纏測(cè)量并最終形成非局域量子網(wǎng)絡(luò)。由于量子網(wǎng)絡(luò)所展示的非局域性突破了傳統(tǒng)貝爾實(shí)驗(yàn)的框架，因此在物理理論和實(shí)驗(yàn)上都存在巨大的挑戰(zhàn)。對(duì)稱(chēng)聯(lián)合測(cè)量是一類(lèi)重要的糾纏測(cè)量，與貝爾態(tài)測(cè)量有著本質(zhì)的不同，它具有優(yōu)雅而自然的對(duì)稱(chēng)性，可以作為一種量子信息資源進(jìn)行利用。

  研究人員首先制備出一個(gè)超糾纏對(duì)，產(chǎn)生的兩個(gè)光子的態(tài)分別在偏振自由度和路徑自由度存在糾纏。然后，在同一個(gè)光子的偏振自由度和路徑自由度通過(guò)一個(gè)通用量子線路來(lái)實(shí)現(xiàn)任意的對(duì)稱(chēng)聯(lián)合測(cè)量。由于同一個(gè)光子的不同自由度之間可以實(shí)現(xiàn)確定性的控制門(mén)，研究組經(jīng)過(guò)自行設(shè)計(jì)的偏振—路徑交換裝置確定性實(shí)現(xiàn)了任意的對(duì)稱(chēng)聯(lián)合測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明研究組實(shí)現(xiàn)的對(duì)稱(chēng)聯(lián)合測(cè)量保真度達(dá)到了97.4%，研究組利用對(duì)稱(chēng)聯(lián)合測(cè)量實(shí)現(xiàn)了糾纏交換，并研究了雙局域貝爾不等式和全量子網(wǎng)絡(luò)非局域性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示了與標(biāo)準(zhǔn)貝爾態(tài)測(cè)量的非局域量子網(wǎng)絡(luò)完全不同的性質(zhì)。

  這項(xiàng)成果邁出了超越基于標(biāo)準(zhǔn)貝爾態(tài)測(cè)量的非局域量子網(wǎng)絡(luò)的第一步，證明了不同的糾纏測(cè)量會(huì)構(gòu)造出不同優(yōu)勢(shì)的非局域量子網(wǎng)絡(luò)，為構(gòu)建不同結(jié)構(gòu)的非局域量子網(wǎng)絡(luò)提供一種技術(shù)路線。