量子網(wǎng)絡(luò )的非局域性得到實(shí)驗檢驗

  ICC訊 17日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恒研究組與奧地利同行等合作，使用超糾纏實(shí)現基于對稱(chēng)聯(lián)合測量的糾纏交換，展示了與標準貝爾態(tài)測量的非局域量子網(wǎng)絡(luò )完全不同的性質(zhì)。研究成果日前發(fā)表在國際期刊《物理評論快報》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。近年來(lái)，對非局部性的研究不再局限于兩體問(wèn)題，而是轉向更復雜的結構。這類(lèi)實(shí)驗涉及多個(gè)獨立的糾纏源，實(shí)驗中將這些糾纏源進(jìn)行多方分發(fā)和糾纏測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貝爾實(shí)驗的框架，因此在物理理論和實(shí)驗上都存在巨大的挑戰。對稱(chēng)聯(lián)合測量是一類(lèi)重要的糾纏測量，與貝爾態(tài)測量有著(zhù)本質(zhì)的不同，它具有優(yōu)雅而自然的對稱(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，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(xiàn)路來(lái)實(shí)現任意的對稱(chēng)聯(lián)合測量。由于同一個(gè)光子的不同自由度之間可以實(shí)現確定性的控制門(mén)，研究組經(jīng)過(guò)自行設計的偏振—路徑交換裝置確定性實(shí)現了任意的對稱(chēng)聯(lián)合測量。實(shí)驗結果表明研究組實(shí)現的對稱(chēng)聯(lián)合測量保真度達到了97.4%，研究組利用對稱(chēng)聯(lián)合測量實(shí)現了糾纏交換，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)驗結果展示了與標準貝爾態(tài)測量的非局域量子網(wǎng)絡(luò )完全不同的性質(zhì)。

  這項成果邁出了超越基于標準貝爾態(tài)測量的非局域量子網(wǎng)絡(luò )的第一步，證明了不同的糾纏測量會(huì )構造出不同優(yōu)勢的非局域量子網(wǎng)絡(luò )，為構建不同結構的非局域量子網(wǎng)絡(luò )提供一種技術(shù)路線(xiàn)。