中國金宝搏入口188首次觀察到真高維多體量子非局域性
我校(xiao)郭光燦院士(shi)(shi)團隊在量(liang)子(zi)非(fei)局域(yu)性(xing)研究(jiu)方面(mian)取(qu)得重(zhong)要進(jin)展，該(gai)團隊柳必恒研究(jiu)組與瑞典(dian)隆德(de)大學Armin Tavakoli博士(shi)(shi)團隊合作(zuo)，在實驗上實現了(le)高保(bao)真(zhen)度高維多光子(zi)糾纏態(tai)制備，并(bing)首次觀測到真(zhen)高維多體非(fei)局域(yu)性(xing)的存在。該(gai)工(gong)作(zuo)5月30日發表在國際知名期刊《自(zi)然·通訊》上。
量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)非局域性是量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)力(li)學(xue)(xue)最深刻(ke)的(de)(de)現(xian)象之一，揭示了(le)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)物(wu)理(li)(li)與經典物(wu)理(li)(li)本(ben)質上的(de)(de)區別，同時也(ye)(ye)為量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)信(xin)息(xi)的(de)(de)安全(quan)提供(gong)了(le)保障。長(chang)期以來，非局域性的(de)(de)實(shi)驗研究(jiu)主要集中(zhong)在兩(liang)個(ge)粒子(zi)(zi)(zi)(zi)和(he)二維系(xi)統（即“量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)比特”）之間。而真實(shi)世(shi)界中(zhong)的(de)(de)許多(duo)(duo)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)過程涉(she)及多(duo)(duo)個(ge)粒子(zi)(zi)(zi)(zi)和(he)更(geng)高(gao)維度(du)，這意味(wei)著高(gao)維多(duo)(duo)體(ti)系(xi)統不僅是基本(ben)科學(xue)(xue)問題的(de)(de)重(zhong)要延伸(shen)，也(ye)(ye)為提升(sheng)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)系(xi)統的(de)(de)信(xin)息(xi)處(chu)理(li)(li)能(neng)力(li)、抗干(gan)擾(rao)能(neng)力(li)和(he)通信(xin)容量(liang)(liang)提供(gong)了(le)可(ke)能(neng)。然而，由于高(gao)維度(du)與多(duo)(duo)體(ti)系(xi)統帶來的(de)(de)復雜度(du)急(ji)劇增加(jia)，這一領域的(de)(de)實(shi)驗研究(jiu)一直(zhi)面臨巨大的(de)(de)挑戰。
為(wei)(wei)攻克(ke)上述挑(tiao)戰，研(yan)究團隊提(ti)(ti)出并實現了(le)一種(zhong)基于“路徑(jing)不可區分(fen)性(xing)(xing)”原理(li)的高維(wei)多體糾(jiu)纏(chan)(chan)態制備方(fang)法。該方(fang)案利(li)用(yong)光(guang)子(zi)的路徑(jing)自(zi)由度編碼三(san)維(wei)量子(zi)態，并通(tong)過偏振控制實現二維(wei)平面(mian)中(zhong)不同路徑(jing)間的高效交換操作，從而在保持高度相(xiang)干性(xing)(xing)的同時顯著提(ti)(ti)高了(le)系統穩定性(xing)(xing)與操控精(jing)度。通(tong)過該方(fang)法，實驗成(cheng)功制備了(le)三(san)光(guang)子(zi)三(san)維(wei)Greenberger–Horne–Zeilinger（GHZ）態，糾(jiu)纏(chan)(chan)態保真度高達91%，創(chuang)造了(le)高維(wei)多光(guang)子(zi)糾(jiu)纏(chan)(chan)態保真度的最高紀錄，為(wei)(wei)非局域性(xing)(xing)檢(jian)測(ce)提(ti)(ti)供了(le)堅實的基礎。
圖(tu)1 實驗(yan)裝置(zhi)示意圖(tu)及(ji)HOM干(gan)涉可見度實驗(yan)結果
在(zai)此基礎上，研究(jiu)團隊(dui)通(tong)過構建新型(xing)貝爾(er)不等式檢(jian)驗(yan)范式，實(shi)驗(yan)觀測到超越量(liang)(liang)(liang)子(zi)比特系(xi)統理論極限的量(liang)(liang)(liang)子(zi)關(guan)聯。該成(cheng)果首次(ci)在(zai)實(shi)驗(yan)層面證(zheng)實(shi)了(le)(le)(le)真實(shi)高(gao)維(wei)多體(ti)非局域性的存在(zai)，為(wei)設備(bei)無關(guan)型(xing)量(liang)(liang)(liang)子(zi)信息應用(yong)的未(wei)來發展(zhan)奠定了(le)(le)(le)重要基礎。這項(xiang)突破性成(cheng)果不僅(jin)填(tian)補了(le)(le)(le)國(guo)際高(gao)維(wei)多體(ti)量(liang)(liang)(liang)子(zi)非局域性實(shi)驗(yan)研究(jiu)領(ling)(ling)域的空白，更深(shen)化(hua)了(le)(le)(le)人(ren)類對量(liang)(liang)(liang)子(zi)糾(jiu)纏本質(zhi)的認知(zhi)，同時為(wei)構建可擴展(zhan)、高(gao)容量(liang)(liang)(liang)、抗(kang)噪聲的量(liang)(liang)(liang)子(zi)信息處理系(xi)統提供了(le)(le)(le)關(guan)鍵技術支撐。作(zuo)為(wei)新型(xing)量(liang)(liang)(liang)子(zi)資源，高(gao)維(wei)多體(ti)糾(jiu)纏態在(zai)量(liang)(liang)(liang)子(zi)通(tong)信、量(liang)(liang)(liang)子(zi)計算與(yu)量(liang)(liang)(liang)子(zi)精密測量(liang)(liang)(liang)等前(qian)沿領(ling)(ling)域展(zhan)現出廣闊應用(yong)前(qian)景。
圖2 真高維多體量子非局(ju)域性(xing)實(shi)驗(yan)結(jie)果
文(wen)章(zhang)第(di)一作(zuo)者為量子網絡實驗室(shi)特任教授胡曉敏(min)和博士后黃岑瀟，通訊作(zuo)者為研究(jiu)員柳(liu)必恒與Armin Tavakoli博士。該研究(jiu)工作(zuo)得到了科技部、國家自然科學基金委、安徽省(sheng)及(ji)188bet足球的(de)支(zhi)持。
論文鏈接：//www.nature.com/articles/s41467-025-59717-y
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