星型網(wǎng)絡(luò)的量子非局域性首獲驗證

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記者4月18日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊李傳鋒、黃運鋒、張超等人與西班牙、瑞士等國的理論物理學(xué)家合作，首次實驗驗證了星形量子網(wǎng)絡(luò)中的全網(wǎng)絡(luò)非局域性。該成果日前發(fā)表在國際期刊《自然·通訊》上。

貝爾非局域性一直是量子信息領(lǐng)域的研究熱點。近年來，人們開始探索更復(fù)雜的包含多個獨立源的量子網(wǎng)絡(luò)中的非局域性。由于包含多個獨立隱變量，量子網(wǎng)絡(luò)中可以產(chǎn)生區(qū)別于傳統(tǒng)貝爾非局域性的全新量子關(guān)聯(lián)。其中Bilocal模型是最簡單也是目前研究最多的量子網(wǎng)絡(luò)，即兩個獨立糾纏源分配糾纏對到三個觀測者，與糾纏交換的場景類似，中間節(jié)點接收到兩個粒子并做貝爾基測量從而使整個網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生非局域關(guān)聯(lián)。然而，此前定義的網(wǎng)絡(luò)非局域性無法刻畫整個網(wǎng)絡(luò)中所有源的非經(jīng)典性，多數(shù)情況下可以退化為標(biāo)準(zhǔn)貝爾不等式的違背，且中間節(jié)點不需要采用糾纏測量。因此，物理學(xué)家們提出全網(wǎng)絡(luò)非局域性的概念，它要求網(wǎng)絡(luò)中所有源都分發(fā)非經(jīng)典資源，能夠用來認(rèn)證網(wǎng)絡(luò)中全連接的非經(jīng)典性質(zhì)。目前，全網(wǎng)絡(luò)非局域性只在最簡單的bilocal模型中進(jìn)行了檢驗。

研究過程中，研究組分別在理論與實驗上實現(xiàn)突破，成功驗證了更復(fù)雜的星形網(wǎng)絡(luò)中的全網(wǎng)絡(luò)非局域性。在理論上，研究組在僅使用獨立源和無信號原理而不要求網(wǎng)絡(luò)遵循量子力學(xué)原理的條件下，提出了新的全網(wǎng)絡(luò)非局域性判據(jù)。在實驗中，研究組利用高品質(zhì)“三明治”型糾纏光源，搭建了具有三個外圍節(jié)點的星形網(wǎng)絡(luò)，并且在中心節(jié)點實現(xiàn)了高品質(zhì)的Greenberger–Horne–Zeilinger態(tài)投影測量。實驗結(jié)果以超過10個標(biāo)準(zhǔn)偏差的水平違背了全網(wǎng)絡(luò)非局域性判據(jù)。

這項工作是全網(wǎng)絡(luò)非局域性在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的首次驗證，對大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，尤其在量子通信協(xié)議安全性保證方面具有重要意義。

(中國科大供圖)?

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