量子網絡的非局域性得到實驗檢驗

科技日報合肥7月17日電 （記者吳長鋒）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、柳必恆研究組與奧地利同行等合作，使用超糾纏實現基於對稱聯合測量的糾纏交換，展示了與標準貝爾態測量的非局域量子網絡完全不同的性質。研究成果日前發表在國際期刊《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侷限於兩體問題，而是轉向更復雜的結構。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和糾纏測量並最終形成非局域量子網絡。由於量子網絡所展示的非局域性突破了傳統貝爾實驗的框架，因此在物理理論和實驗上都存在巨大的挑戰。對稱聯合測量是一類重要的糾纏測量，與貝爾態測量有着本質的不同，它具有優雅而自然的對稱性，可以作為一種量子信息資源進行利用。

研究人員首先製備出一個超糾纏對，產生的兩個光子的態分別在偏振自由度和路徑自由度存在糾纏。然後，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任意的對稱聯合測量。由於同一個光子的不同自由度之間可以實現確定性的控制門，研究組經過自行設計的偏振—路徑交換裝置確定性實現了任意的對稱聯合測量。實驗結果表明研究組實現的對稱聯合測量保真度達到了97.4%，研究組利用對稱聯合測量實現了糾纏交換，並研究了雙局域貝爾不等式和全量子網絡非局域性。實驗結果展示了與標準貝爾態測量的非局域量子網絡完全不同的性質。

這項成果邁出了超越基於標準貝爾態測量的非局域量子網絡的第一步，證明了不同的糾纏測量會構造出不同優勢的非局域量子網絡，為構建不同結構的非局域量子網絡提供一種技術路線。