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2018-05-08 23:10

中國科大首次實(shí)驗(yàn)證實(shí)量子力學(xué)中強(qiáng)于二值關(guān)聯(lián)的存在

從中國科大獲悉，該校郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李傳鋒研究組，在量子力學(xué)基本問題研究中取得新進(jìn)展，該實(shí)驗(yàn)室李傳鋒、柳必恒等人與國外理論物理學(xué)家合作，首次實(shí)驗(yàn)證實(shí)了量子力學(xué)中強(qiáng)于二值關(guān)聯(lián)的存在。該成果5月4日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上，并入選“編輯推薦文章”。

20世紀(jì)著名物理學(xué)家約翰·惠勒曾經(jīng)提出一個(gè)令人深思的論斷“萬物源于比特（It from bit）”。這種觀點(diǎn)認(rèn)為信息是非�；镜�，宇宙萬物，包括任何粒子和場(chǎng)，甚至?xí)r空都起源于信息的基本單元——比特。量子信息興起以后，這一論斷升華為“萬物源于量子比特（It from qubit）”。以信息為基礎(chǔ)重新構(gòu)建量子理論是當(dāng)前重要研究方向。本實(shí)驗(yàn)觸及了其中至關(guān)重要的一個(gè)問題，即只考慮比特或量子比特（即二值理論）來構(gòu)建量子理論就夠用了嗎？

量子測(cè)量是量子力學(xué)中的基本問題之一。科研人員利用三維量子糾纏態(tài)基于二值理論構(gòu)造出一個(gè)特殊的不等式。如果實(shí)驗(yàn)中這個(gè)不等式被違背了，則意味著量子力學(xué)中強(qiáng)于二值關(guān)聯(lián)的存在，或者說對(duì)多值問題的測(cè)量是不能通過拆解成二值測(cè)量來實(shí)現(xiàn)的。然而要在實(shí)驗(yàn)上檢驗(yàn)這個(gè)不等式卻是非常困難的，因?yàn)樾枰獦O高品質(zhì)的高維糾纏源。

為了檢驗(yàn)這個(gè)基于二值理論的不等式，研究人員簡(jiǎn)化光源的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了光源的性能。實(shí)驗(yàn)上，他們把處于三維糾纏的兩個(gè)光子分發(fā)到兩個(gè)相距8米的實(shí)驗(yàn)室中，完全隨機(jī)的選擇測(cè)量基進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到對(duì)二值理論預(yù)言的明顯違背，違背量超過了9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，從而首次實(shí)驗(yàn)證實(shí)量子力學(xué)中強(qiáng)于二值關(guān)聯(lián)的存在。

研究組公開了本實(shí)驗(yàn)的完整原始數(shù)據(jù)，以供國際同行進(jìn)行更深入的數(shù)據(jù)分析。審稿人對(duì)該工作給予了高度評(píng)價(jià)：“這觸及到了一個(gè)對(duì)量子力學(xué)基礎(chǔ)至關(guān)重要的問題……因?yàn)樗梢灾笇?dǎo)對(duì)量子力學(xué)理論基礎(chǔ)的進(jìn)一步研究……特別是在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)中，這真是了不起的典范做法。”

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