科技日報合肥10月10日電 (記者吳長(cháng)鋒)10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與西班牙理論物理學(xué)家合作，實(shí)驗驗證了基于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(guān)聯(lián)無(wú)法解釋自然界產(chǎn)生的所有關(guān)聯(lián)。該成果日前發(fā)表在國際期刊《物理評論快報》上，并被選為該期的封面文章。
量子力學(xué)允許粒子之間存在非局域的關(guān)聯(lián)，即量子非局域性。量子非局域性是實(shí)現各種量子信息過(guò)程的重要資源。對于多體系統，真多體非局域性被認為是多體系統中能展現的最強的非局域關(guān)聯(lián)。真多體非局域性檢驗通常依賴(lài)于局域操作和經(jīng)典通信(LOCC)框架下的不等式的違背。然而在多體非局域性的檢驗中，我們通常需要假定不同觀(guān)測者間聯(lián)合測量的概率分布服從無(wú)信號條件，經(jīng)典通信是禁止的，因此基于LOCC的真多體非局域性并不是良好的定義。
在量子資源理論中，LOCC并不是唯一可以用來(lái)定義糾纏資源的免費操作，在去除經(jīng)典通信后，一個(gè)更為自然的定義是基于LOSR的理論框架。在實(shí)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，并允許對任意兩體之間的關(guān)聯(lián)不設限，即允許其關(guān)聯(lián)可以是量子關(guān)聯(lián)，也可以具有更為廣泛的不依賴(lài)量子力學(xué)描述的廣義概率理論所允許的關(guān)聯(lián)。研究人員對此前相關(guān)理論工作中提出的LOSR非局域性不等式進(jìn)行改進(jìn)，針對多光子實(shí)驗中常見(jiàn)的白噪聲提出了魯棒性更強的不等式，并在實(shí)驗中利用自主研制的“三明治型”高保真度多光子糾纏源以26.3個(gè)標準差的違背驗證了真三體LOSR非局域性。研究組進(jìn)一步在四體情形實(shí)驗違背了真四體LOSR不等式，實(shí)驗排除了基于共享隨機性和三體廣義關(guān)聯(lián)的局域性模型，展示了真四體非局域性。
這些實(shí)驗結果表明，僅兩體或三體非局域關(guān)聯(lián)無(wú)法解釋自然界產(chǎn)生的所有關(guān)聯(lián)。該研究中提出的不等式可以拓展到任意N體情形，而制備高保真度糾纏源的方法為實(shí)驗展示更大量子系統非局域性打下基礎。
