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中国科大实现爱因斯坦-波多尔斯基-罗森操控
2014-10-10 11:17:20 来源: 作者: 【 】 浏览:1038

中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋教授研究组与其合作者在量子力学基础研究方面取得重要进展,实现了“非此即彼”(All-Versus-Nothing)框架下的爱因斯坦-波多尔斯基-罗森(EPR)操控的实验验证,揭示了量子力学中一类新的非局域特性。这项研究成果9月30日发表在国际权威物理学期刊《物理评论快报》上。 

 

1935年,爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出了著名的EPR佯谬,他们以量子力学基本原理为基础,推导出与经典理论中的物理实在论相矛盾的结论,并把这一量子特性称之为“幽灵般的超距作用”,进而对量子力学提出了质疑。薛定谔在研究这一佯谬时提出了 “操控(steering)”的概念,后来被称为EPR操控(EPR steering)。EPR操控描述了对一个粒子进行测量能非局域地影响另一个粒子状态的能力,它是一类新的量子非局域特性。我们通常说的量子非局域特性是指某个纠缠态能违背贝尔不等式,叫做贝尔非局域性。EPR操控则介于量子纠缠与贝尔非局域性之间,也就是说量子纠缠态中只有一部分具有EPR操控特性,而这些具有EPR操控特性的态中只有一部分具有贝尔非局域性。 

 

 

李传锋研究组基于可操控的“非此即彼”判据,实现了一个两体的EPR操控游戏。贝尔非局域性(即贝尔不等式的违背)的检验是基于统计特性的,需要多次不同测量基的测量结果统计得到,而这种“非此即彼”的方法原则上一次测量就可以判定量子力学和隐变量理论孰是孰非。实验中,操控方宣称与被操控方共享一个两比特纠缠态,通过己方的测量,被操控方的量子态将会得到两个纯态之一,从而非局域性地实现对量子态的操控;被操控方不相信操控方可以非局域地操控自己这一端的量子态,他首先检验自己得到的是否为两个不同的纯态之一,然后和操控方进行联合测量以验证二者共享的是否为一个纠缠态,以此来排除操控方欺骗自己的可能。EPR操控要求能够存储被操控方量子态的信息,从而对操控方的信号进行响应。研究组利用50米光纤来延迟被操控方光子的到达时间,并利用自由空间光调制器来实现被操控方对操控方信号的响应,从而逻辑严谨地实现了EPR操控。由于“非此即彼”判据对实验误差非常敏感,研究组一方面不断改进实验装置使得整套系统的保真度达到98%,另一方面与合作者发展出一套在“非此即彼”框架下处理实验误差的方法,从而很好地检验不同量子态的可操控性。 

 

本实验提供了一种简易的实现及验证EPR操控的方法,扩展了量子非局域性的应用范围,对于远程态制备、量子信息远程传输及量子密钥分配等具有重要意义。 

 

上述研究得到科技部、国家基金委、中国科学院和教育部“2011计划”的支持。 

 

文章链接 http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.140402 

 

(中科院量子信息重点实验室、量子信息与量子科技前沿协同创新中心、科研部)

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