近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子非局域性研究中取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組將高維糾纏光子的總體探測(cè)效率提升到71.7%，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)探測(cè)漏洞的高維貝爾不等式檢驗(yàn)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。

非局域性是量子力學(xué)和量子信息科學(xué)的重要基礎(chǔ)。隨著貝爾不等式的提出，人們可以在實(shí)驗(yàn)上檢驗(yàn)量子非局域性。由于實(shí)驗(yàn)裝置的不完美，絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)存在漏洞，其中廣受關(guān)注的漏洞包括探測(cè)漏洞和局域性漏洞等。2015年，科學(xué)家首次在二維糾纏體系中同時(shí)關(guān)閉了探測(cè)漏洞和局域性漏洞，并以此為基礎(chǔ)發(fā)展出各種設(shè)備無(wú)關(guān)的量子信息任務(wù)。

與二維量子糾纏相比，高維量子糾纏在信道容量、安全性及抗噪能力上都具有明顯優(yōu)勢(shì)，因此實(shí)現(xiàn)無(wú)漏洞的高維貝爾不等式檢驗(yàn)，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)設(shè)備無(wú)關(guān)的高維量子信息任務(wù)，是目前量子信息領(lǐng)域急需發(fā)展的重要方向。

此次實(shí)驗(yàn)中，研究組采用波長(zhǎng)775納米的激光泵浦beamlike切割的非線性晶體，得到波長(zhǎng)1550納米的糾纏光子。這種切割方式可以有效增大糾纏光子的收集效率，并采用了透過(guò)率達(dá)到99%的濾波裝置和探測(cè)效率90%的超導(dǎo)單光子探測(cè)器，而且所有光學(xué)元件的基片都采用了在1550納米吸收率極低的光學(xué)玻璃，由此最終實(shí)現(xiàn)了總體探測(cè)效率達(dá)71.7%的四維糾纏光子態(tài)。該探測(cè)效率遠(yuǎn)高于關(guān)閉四維貝爾不等式探測(cè)漏洞所需的閾值61.8%，同時(shí)四維糾纏光子態(tài)的保真度達(dá)到了99.5%。通過(guò)合理選擇參數(shù)，研究組在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了無(wú)探測(cè)漏洞的高維貝爾不等式檢驗(yàn)。

該成果為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)同時(shí)關(guān)閉探測(cè)漏洞和非局域性漏洞的高維貝爾不等式檢驗(yàn)，以及設(shè)備無(wú)關(guān)的高維量子通信過(guò)程奠定了重要基礎(chǔ)。(見(jiàn)習(xí)記者王敏)

關(guān)鍵詞： 無(wú)探測(cè)漏洞高維貝爾不等式檢驗(yàn) 高維量子信息任務(wù) 二維量子糾纏 高維量子通信