【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊(duì)在量子力學(xué)基本問題研究中取得新進(jìn)展，該實(shí)驗(yàn)室李傳鋒、柳必恒等人與澳大利亞的理論物理學(xué)家合作，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到測(cè)量設(shè)備無關(guān)的高維量子導(dǎo)引，并用其產(chǎn)生私密量子隨機(jī)數(shù)。該研究成果于10月23日發(fā)表在物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。
 

　　量子導(dǎo)引是介于量子糾纏和貝爾非局域性之間的一類量子非局域特性，描述了作用在糾纏粒子對(duì)中一個(gè)粒子上的局域測(cè)量能夠非局域地影響另一個(gè)粒子的狀態(tài)的能力。量子導(dǎo)引在量子密鑰分發(fā)、量子信道鑒別、隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生等量子信息任務(wù)中具有重要應(yīng)用。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備性能有限或者存在被敵對(duì)者操控的可能性，這會(huì)給量子導(dǎo)引實(shí)驗(yàn)帶來漏洞。以觀測(cè)糾纏光子對(duì)的量子導(dǎo)引為例，由于單光子探測(cè)器的效率有限，未被探測(cè)到的光子原則上可以被潛在的敵對(duì)者利用，這就使得量子導(dǎo)引實(shí)驗(yàn)結(jié)果變得不可靠。為了解決這一問題，理論物理學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出一類量子仲裁(quantum refereed)的量子導(dǎo)引鑒定方法，通過引入第三方的仲裁，使得量子導(dǎo)引實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)變得和測(cè)量設(shè)備無關(guān)。
 

　　受此啟發(fā)，李傳鋒、柳必恒等人巧妙地構(gòu)造出測(cè)量設(shè)備無關(guān)的高維量子導(dǎo)引目擊算符，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了測(cè)量設(shè)備無關(guān)的高維量子導(dǎo)引。研究組利用參量下轉(zhuǎn)換過程在偏振和路徑自由度上制備出一系列高保真度三維糾纏態(tài)。然后仲裁者向糾纏雙方發(fā)出一系列測(cè)試要求，收集雙方數(shù)據(jù)檢驗(yàn)高維量子導(dǎo)引不等式，測(cè)試結(jié)果達(dá)到1.983(0.002)，遠(yuǎn)超過三維情形的經(jīng)典理論極限1.57，證實(shí)這些糾纏態(tài)具有量子導(dǎo)引特性。作為應(yīng)用，研究組進(jìn)一步將實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)運(yùn)用于隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生，每糾纏光子對(duì)可得到1.106(0.023)比特私密量子隨機(jī)數(shù)，超出了利用兩維糾纏態(tài)所能達(dá)到的理論極限(1比特每糾纏光子對(duì))，充分展示了高維糾纏在量子信息過程中的優(yōu)勢(shì)。
 

　　該工作是基于高維系統(tǒng)的測(cè)量設(shè)備無關(guān)量子信息任務(wù)的實(shí)驗(yàn)嘗試，將對(duì)量子物理基本問題和測(cè)量設(shè)備無關(guān)量子信息過程的研究帶來重要推動(dòng)作用。
 

　　文章作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生郭鈺。該研究得到科技部、國(guó)家基金委、中科院、安徽省的支持。