量子網(wǎng)絡的非局域性得到實驗檢驗

  ICC訊 17日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恒研究組與奧地利同行等合作，使用超糾纏實現(xiàn)基于對稱聯(lián)合測量的糾纏交換，展示了與標準貝爾態(tài)測量的非局域量子網(wǎng)絡完全不同的性質(zhì)。研究成果日前發(fā)表在國際期刊《物理評論快報》上。

  貝爾非局域是量子力學和量子信息科學的重要基礎。近年來，對非局部性的研究不再局限于兩體問題，而是轉(zhuǎn)向更復雜的結(jié)構(gòu)。這類實驗涉及多個獨立的糾纏源，實驗中將這些糾纏源進行多方分發(fā)和糾纏測量并最終形成非局域量子網(wǎng)絡。由于量子網(wǎng)絡所展示的非局域性突破了傳統(tǒng)貝爾實驗的框架，因此在物理理論和實驗上都存在巨大的挑戰(zhàn)。對稱聯(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)雅而自然的對稱性，可以作為一種量子信息資源進行利用。

  研究人員首先制備出一個超糾纏對，產(chǎn)生的兩個光子的態(tài)分別在偏振自由度和路徑自由度存在糾纏。然后，在同一個光子的偏振自由度和路徑自由度通過一個通用量子線路來實現(xiàn)任意的對稱聯(lián)合測量。由于同一個光子的不同自由度之間可以實現(xiàn)確定性的控制門，研究組經(jīng)過自行設計的偏振—路徑交換裝置確定性實現(xiàn)了任意的對稱聯(lián)合測量。實驗結(jié)果表明研究組實現(xiàn)的對稱聯(lián)合測量保真度達到了97.4%，研究組利用對稱聯(lián)合測量實現(xiàn)了糾纏交換，并研究了雙局域貝爾不等式和全量子網(wǎng)絡非局域性。實驗結(jié)果展示了與標準貝爾態(tài)測量的非局域量子網(wǎng)絡完全不同的性質(zhì)。

  這項成果邁出了超越基于標準貝爾態(tài)測量的非局域量子網(wǎng)絡的第一步，證明了不同的糾纏測量會構(gòu)造出不同優(yōu)勢的非局域量子網(wǎng)絡，為構(gòu)建不同結(jié)構(gòu)的非局域量子網(wǎng)絡提供一種技術路線。