量子力學基礎研究獲重要進展

10月10日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊與西班牙理論物理學家合作，實驗驗證了基於局域操作和共用隨機性（LOSR）理論框架下的真多體非局域性，結果表明用兩體或三體非局域關聯無法解釋自然界産生的所有關聯。該成果日前發表在國際期刊《物理評論快報》上，並被選為該期的封面文章。

量子力學允許粒子之間存在非局域的關聯，即量子非局域性。量子非局域性是實現各種量子資訊過程的重要資源。對於多體系統，真多體非局域性被認為是多體系統中能展現的最強的非局域關聯。真多體非局域性檢驗通常依賴於局域操作和經典通信（LOCC）框架下的不等式的違背。然而在多體非局域性的檢驗中，我們通常需要假定不同觀測者間聯合測量的概率分佈服從無信號條件，經典通信是禁止的，因此基於LOCC的真多體非局域性並不是良好的定義。

在量子資源理論中，LOCC並不是唯一可以用來定義糾纏資源的免費操作，在去除經典通信後，一個更為自然的定義是基於LOSR的理論框架。在實驗中，研究組先驗證了三體糾纏結構的非局域性。該三體系統的LOSR局域模型允許三體之間具有共用隨機性，並允許對任意兩體之間的關聯不設限，即允許其關聯可以是量子關聯，也可以具有更為廣泛的不依賴量子力學描述的廣義概率理論所允許的關聯。研究人員對此前相關理論工作中提出的LOSR非局域性不等式進行改進，針對多光子實驗中常見的白噪聲提出了魯棒性更強的不等式，並在實驗中利用自主研製的“三明治型”高保真度多光子糾纏源以26.3個標準差的違背驗證了真三體LOSR非局域性。研究組進一步在四體情形實驗違背了真四體LOSR不等式，實驗排除了基於共用隨機性和三體廣義關聯的局域性模型，展示了真四體非局域性。

這些實驗結果表明，僅兩體或三體非局域關聯無法解釋自然界産生的所有關聯。該研究中提出的不等式可以拓展到任意N體情形，而製備高保真度糾纏源的方法為實驗展示更大量子系統非局域性打下基礎。