中國科大實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)量子網(wǎng)絡(luò)的非局域性
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在非局域量子網(wǎng)絡(luò)研究中取得重要進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組與奧地利Armin Tavakoli博士等人合作，使用超糾纏實(shí)現(xiàn)基于對(duì)稱聯(lián)合測量（symmetric joint measurements）的糾纏交換，并研究雙局域貝爾不等式（Bilocal Bell inequality）和全量子網(wǎng)絡(luò)非局域性（Full network nonlocality）。該成果7月13日發(fā)表在國際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。 `wMHjcUP
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貝爾非局域是量子力學(xué)和量子信息科學(xué)的重要基礎(chǔ)。近十多年來，對(duì)非局部性的研究不再局限于兩體問題，而是轉(zhuǎn)向更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這類實(shí)驗(yàn)涉及多個(gè)獨(dú)立的糾纏源，實(shí)驗(yàn)中將這些糾纏源進(jìn)行多方分發(fā)和糾纏測量并最終形成非局域量子網(wǎng)絡(luò)。由于量子網(wǎng)絡(luò)所展示的非局域性突破了傳統(tǒng)貝爾實(shí)驗(yàn)的框架，因此在物理理論和實(shí)驗(yàn)上都存在巨大的挑戰(zhàn)。 5PcN$r"P
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目前實(shí)驗(yàn)上連接獨(dú)立糾纏源的糾纏測量主要是利用標(biāo)準(zhǔn)的貝爾態(tài)測量，對(duì)于更一般的糾纏測量及其所建立的非局域量子網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)研究還很缺乏。對(duì)稱聯(lián)合測量是一類重要的糾纏測量，與貝爾態(tài)測量有著本質(zhì)的不同。它具有優(yōu)雅而自然的對(duì)稱性，可以作為一種量子信息資源進(jìn)行利用。任意的對(duì)稱聯(lián)合測量需要控制非門和控制相位門的級(jí)聯(lián)操作，這給只能概率性實(shí)現(xiàn)不同光子間的控制門的線性光學(xué)量子網(wǎng)絡(luò)帶來非常大的挑戰(zhàn)。 XEUy,>mR
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在本實(shí)驗(yàn)中，研究組首先制備出一個(gè)超糾纏對(duì)，產(chǎn)生的兩個(gè)光子的態(tài)分別在偏振自由度和路徑自由度存在糾纏。然后，在同一個(gè)光子的偏振自由度和路徑自由度通過一個(gè)通用量子線路來實(shí)現(xiàn)任意的對(duì)稱聯(lián)合測量。由于同一個(gè)光子的不同自由度之間可以實(shí)現(xiàn)確定性的控制門，研究組經(jīng)過自行設(shè)計(jì)的偏振-路徑交換裝置確定性實(shí)現(xiàn)了任意的對(duì)稱聯(lián)合測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明研究組實(shí)現(xiàn)的對(duì)稱聯(lián)合測量保真度達(dá)到了97.4%。 研究組利用對(duì)稱聯(lián)合測量實(shí)現(xiàn)了糾纏交換，并研究了雙局域貝爾不等式（Bilocal Bell inequality）和全量子網(wǎng)絡(luò)非局域性（Full network nonlocality）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示了與標(biāo)準(zhǔn)貝爾態(tài)測量的非局域量子網(wǎng)絡(luò)完全不同的性質(zhì)。 v^;p]_c~2
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該成果邁出了超越基于標(biāo)準(zhǔn)貝爾態(tài)測量的非局域量子網(wǎng)絡(luò)的第一步，證明了不同的糾纏測量會(huì)構(gòu)造出不同優(yōu)勢的非局域量子網(wǎng)絡(luò)，為構(gòu)建不同結(jié)構(gòu)的非局域量子網(wǎng)絡(luò)提供一種技術(shù)路線。 rnkq.
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文章第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生黃岑瀟和副研究員胡曉敏博士。本研究得到科技部、國家基金委、合肥國家實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院的支持，柳必恒研究員是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)仲英青年學(xué)者。 A>bp P
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圖1.實(shí)驗(yàn)原理示意圖，對(duì)稱聯(lián)合測量作用在量子比特2和3上。 !{WI N%O
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圖2.實(shí)驗(yàn)裝置圖。 I,nW~;OV0
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圖3.左圖為雙局域貝爾不等式（Bilocal Bell inequality）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，右圖為全量子網(wǎng)絡(luò)非局域性（Full network nonlocality）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 sOf;I]E|
文章鏈接:https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.129.030502
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