中國科學技術大學郭光燦院士團隊在多體量子非局域性研究方面取得重要進展。該團隊李傳鋒、黃運鋒、張超等人與西南交通大學羅明星等人合作，首次同時驗證了真多體非局域性和網絡非局域性。成果2月24日發表在國際知名期刊《物理評論快報》上。
 

　　量子非局域性是量子體系的核心特征之一。它展示了相距遙遠的(類空間隔)觀測者對糾纏粒子作局域測量可以觀測到超越經典(局域隱變量理論)所能產生的關聯分布。自從1964年貝爾理論提出后，量子非局域性得到了大量的實驗驗證，其中的先驅性工作最終獲得2022年諾貝爾物理學獎。近年來，人們開始研究更復雜體系的量子非局域性。一方面，研究人員提出了真多體非局域性的概念，即局域測量產生的量子關聯不能分解成二可分幾率分布的組合。真多體非局域性不僅可以用于設備無關的真多體糾纏態驗證，而且是量子多方協議安全性保障的理論依據。另一方面，研究人員研究了由多個獨立源構成的量子網絡中產生的非局域性。這一擴展涉及獨立源的假設，將原有貝爾理論中單個局域隱變量擴展成多個獨立隱變量，因此在量子網絡中可以產生更加豐富的非局域關聯。然而，在單一實驗中實現這兩種非局域性的同時驗證卻是個懸而未決的問題。
 

　　在本工作中，研究組提出了一種在單個實驗中同時驗證兩種非局域性的方法。研究了如圖1所示的混合量子網絡。在實驗中，研究組首先利用兩套糾纏源制備出三光子廣義GHZ態，再通過貝爾基測量將三光子廣義GHZ態與第三套源連接構造出混合量子網絡。實驗結果表明，由每個觀測者局域測量所產生的非局域關聯，不能由一個二可分三體源和一個兩體后量子源(滿足無信號原理)模擬，從而同時驗證了該混合網絡的全網絡非局域性(Fullnetworknonlocality)和三體糾纏源的真多體非局域性。
 

　　本工作的一個貢獻是引入了一種新的網絡非局域性，比此前定義的全網絡非局域性更強，它要求網絡中所有源都是真多體非局域資源。另一個貢獻是提供了一種利用網絡輔助驗證真多體糾纏態的方法。已有結論表明：利用真多體非局域性可以實現設備無關的真多體糾纏態驗證，但并非所有真多體糾纏態都能產生真多體非局域關聯。在本工作中，研究組利用網絡輔助實現了對廣義三比特GHZ態的真多體糾纏驗證，而已有理論證明利用常用的Svetlichny不等式無法實現該量子態的真多體糾纏驗證。
 

圖1 由三體糾纏源和兩體糾纏源構造的混合量子網絡示意圖(左)和實驗裝置圖(右)
 

　　文章共同第一作者為中國科學院量子信息重點實驗室博士研究生王寧寧和西南交通大學信息科學與技術學院楊雪博士。本工作得到了合肥國家實驗室、國家自然科學基金委、中國科學院和安徽省的資助。