我校郭光燦院士團隊在量子網(wǎng)絡(luò )非局域性研究方面取得重要進(jìn)展。該團隊李傳鋒、黃運鋒、張超等人與西班牙、瑞士等國的理論物理學(xué)家合作，首次實(shí)驗驗證了星形量子網(wǎng)絡(luò )中的全網(wǎng)絡(luò )非局域性。該成果4月14日發(fā)表在國際知名期刊《自然·通訊》上。
貝爾非局域性一直是量子信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，人們開(kāi)始探索更復雜的包含多個(gè)獨立源的量子網(wǎng)絡(luò )中的非局域性。由于包含多個(gè)獨立隱變量，量子網(wǎng)絡(luò )中可以產(chǎn)生區別于傳統貝爾非局域性的全新量子關(guān)聯(lián)。其中Bilocal模型是最簡(jiǎn)單也是目前研究最多的量子網(wǎng)絡(luò )，即兩個(gè)獨立糾纏源分配糾纏對到三個(gè)觀(guān)測者，與糾纏交換的場(chǎng)景類(lèi)似，中間節點(diǎn)接收到兩個(gè)粒子并做貝爾基測量從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生非局域關(guān)聯(lián)。然而，此前定義的網(wǎng)絡(luò )非局域性無(wú)法刻畫(huà)整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中所有源的非經(jīng)典性，多數情況下可以退化為標準貝爾不等式的違背，且中間節點(diǎn)不需要采用糾纏測量。因此，物理學(xué)家們提出全網(wǎng)絡(luò )非局域性（Full network nonlocality）的概念，它要求網(wǎng)絡(luò )中所有源都分發(fā)非經(jīng)典資源，能夠用來(lái)認證網(wǎng)絡(luò )中全連接的非經(jīng)典性質(zhì)。目前，全網(wǎng)絡(luò )非局域性只在最簡(jiǎn)單的bilocal模型中進(jìn)行了檢驗。
在本工作中，研究組分別在理論與實(shí)驗上實(shí)現突破，成功驗證了更復雜的星形網(wǎng)絡(luò )中的全網(wǎng)絡(luò )非局域性。理論上，研究組在僅使用獨立源（Independence）和無(wú)信號（No-signaling）原理而不要求網(wǎng)絡(luò )遵循量子力學(xué)原理的條件下，提出了新的全網(wǎng)絡(luò )非局域性判據。實(shí)驗上，研究組利用高品質(zhì)“三明治”型糾纏光源，搭建了具有三個(gè)外圍節點(diǎn)的星形網(wǎng)絡(luò )，并且在中心節點(diǎn)實(shí)現了高品質(zhì)的Greenberger–Horne–Zeilinger態(tài)投影測量（如圖所示）。實(shí)驗結果以超過(guò)10個(gè)標準偏差的水平違背了全網(wǎng)絡(luò )非局域性判據。這是全網(wǎng)絡(luò )非局域性在復雜網(wǎng)絡(luò )中的首次驗證，對大規模量子網(wǎng)絡(luò )的應用，尤其在量子通信協(xié)議安全性保證方面具有重要意義。
圖1.星形量子網(wǎng)絡(luò )示意圖和實(shí)驗裝置圖
文章共同第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗室博士研究生王寧寧，西班牙數學(xué)科學(xué)研究所Alejandro Pozas-Kerstjens博士。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中科院和安徽省的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37842-w
（中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗室、物理學(xué)院、中科院量子信息與量子科技創(chuàng )新研究院、科研部）
