中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強(qiáng)、陳凱等組成的研究團(tuán)隊(duì)與南開(kāi)大學(xué)陳景靈等合作，通過(guò)發(fā)展高效率和高保真度的光學(xué)量子糾纏態(tài)制備與測(cè)量系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了關(guān)閉探測(cè)效率漏洞與局域性漏洞的Hardy非定域性演示。該研究為量子力學(xué)非定域性提供了新的證據(jù)，并為相關(guān)的量子信息應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。8月8日，相關(guān)研究成果以“編輯推薦（editor’s suggestion）”的形式發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。
量子力學(xué)預(yù)言的非定域與經(jīng)典物理學(xué)觀念中的定域?qū)嵲谡摯嬖谏羁痰拿?，揭示了量子力學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的本質(zhì)不同，因此，對(duì)量子力學(xué)非定域性的檢驗(yàn)一直是物理學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容。2022年，Alain Aspect, John Clauser和Anton Zeilinger由于“用糾纏光子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、確立貝爾不等式的違背以及開(kāi)創(chuàng)量子信息科學(xué)”的成就獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
上世紀(jì)90年代，物理學(xué)家Lucien Hardy提出了一種新的檢驗(yàn)局域?qū)嵲谛缘姆绞健狧ardy佯謬。該佯謬是指，兩個(gè)觀測(cè)者對(duì)各自收到的粒子進(jìn)行隨機(jī)測(cè)量并記錄結(jié)果，在滿足三個(gè)Hardy條件事件出現(xiàn)的概率為零的情況下，量子力學(xué)預(yù)測(cè)第四個(gè)Hardy事件出現(xiàn)的概率大于零，這與定域?qū)嵲谡搶?duì)第四個(gè)Hardy事件概率等于零的預(yù)測(cè)相悖。Hardy佯謬以簡(jiǎn)潔的邏輯和最少的資源揭示了量子力學(xué)非定域性與定域?qū)嵲谡摰拿堋?/p>
盡管已有許多實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)Hardy佯謬，但這些工作都存在類似于貝爾不等式檢驗(yàn)中的局域性漏洞和探測(cè)效率漏洞：如果觀測(cè)者的測(cè)量選擇與結(jié)果能夠互相影響（定域性漏洞），或者存在高的光學(xué)損耗（探測(cè)效率漏洞），經(jīng)典的定域隱變量理論就可以解釋Hardy佯謬。同時(shí)，由于在量子力學(xué)的預(yù)言中，第四個(gè)Hardy事件出現(xiàn)的概率很低，想要在實(shí)驗(yàn)上確認(rèn)該事件的出現(xiàn)不是噪聲帶來(lái)的誤差，就對(duì)糾纏源的保真度和效率提出了極高的要求。因此，實(shí)現(xiàn)無(wú)漏洞的Hardy佯謬檢驗(yàn)一直是理論上和實(shí)驗(yàn)上的挑戰(zhàn)。
在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)在理論上進(jìn)一步發(fā)展了Hardy約束的Eberhard不等式，該不等式允許在探測(cè)效率漏洞被關(guān)閉且存在噪聲的情況下進(jìn)行Hardy佯謬檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)上，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化空間光路的參數(shù)，產(chǎn)生了可預(yù)報(bào)探測(cè)效率為82%、保真度為99.1%的糾纏光子對(duì)，成功關(guān)閉了探測(cè)效率漏洞。此外，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精心設(shè)計(jì)的時(shí)空配置，確保了糾纏光子對(duì)的產(chǎn)生和觀測(cè)者的測(cè)量選擇,測(cè)量事件和觀測(cè)者的測(cè)量選擇均處于類空間隔，從而關(guān)閉了局域性漏洞，首次實(shí)現(xiàn)了無(wú)漏洞的Hardy佯謬檢驗(yàn)。
圖1無(wú)漏洞Hardy佯謬檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置圖
該研究不僅對(duì)量子物理基礎(chǔ)研究具有重要意義，而且對(duì)量子密鑰分發(fā)、量子隨機(jī)數(shù)認(rèn)證等量子信息技術(shù)的發(fā)展具有重要影響。審稿人高度評(píng)價(jià)了這項(xiàng)工作，認(rèn)為“實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及檢驗(yàn)局域?qū)嵲谛缘牧炕C據(jù)令人印象深刻(The experimental results, along with the quantified evidence against local realism, are impressive)”，并以“編輯推薦”方式發(fā)表。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士生趙思然，董海浩以及杭州電子科技大學(xué)青年教師趙帥是該論文的共同第一作者。
該研究得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院、安徽省、上海市和浙江省的支持。
論文鏈接：
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.060201
（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、物理學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院量子物理與量子信息創(chuàng)新研究院、科研部）
