中科大首次验证六光子的量子非局域性

量子非局域性是量子信息和量子物理的核心问题之一，起源于著名科学家爱因斯坦与玻尔对量子力学的争论。爱因斯坦认为量子力学不够完善，“上帝是不会掷骰子的”。玻尔等人则认为量子随机性是宇宙的一个基本特性。随着科学的进步，越来越多的实验使人们接受量子非局域性的观念，量子态是个整体，如果对一个系统进行测量，那么同时会影响另一个系统的状态。也就是说上帝即便是掷骰子的，那他掷骰子的技艺也是匪夷所思的，他掷出的骰子是联动的。

三明治型纠缠源示意图

日前，中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室在多光子非局域性研究中取得重要进展。该实验室李传锋、黄运锋研究组成功制备出世界上最高保真度的六光子纠缠态，并首次验证了六光子的量子非局域性，研究成果发表在12月23日的《物理评论快报》上，并被该期刊选为编辑推荐论文。

多体情况下量子非局域性的验证特别复杂，人们提出了各种方法，其中GHZ悖论由于其“非此即彼”的非统计特性引起了人们极大的兴趣。然而要进行“非此即彼”的非局域性验证对纠缠态的保真度要求很高。虽然近年来人们已经能够制备六光子甚至八光子纠缠态，但是其保真度有限，目前多光子GHZ悖论的实验检验还停留在四光子阶段。

李传锋、黄运锋等人一方面提出了多体GHZ悖论的普适构造方法；另一方面在自主研发的“beamlike”型纠缠源基础上，巧妙设计出“三明治”型纠缠源。这种新型的纠缠源具有更好的对称性，从而使纠缠光子对的各种指标超越此前所有多光子实验中的报道。由此研究组制备出的六光子GHZ态保真度高达88.4%，创造了世界最高水平。研究组在以上基础上最终实验验证了六光子GHZ型非局域性。

这项工作为多光子实验的保真度和亮度设立了新标准，对量子通讯网络、量子计算和量子物理基本问题的研究都将带来极大的促进作用。