中國科學家實現(xiàn)EPR操控實驗驗證

王晉嵐

[本刊訊]中國科學技術(shù)大學中科院量子信息重點實驗室李傳鋒教授研究組與其合作者在量子力學基礎研究方面取得重要進展，實現(xiàn)了“非此即彼”（all-versus-nothing）框架下的愛因斯坦一波多爾斯基-羅森（EPR）操控的實驗驗證，揭示了量子力學中一類新的非局域特性。這項研究成果發(fā)表于Physical Review Letters，2014，113：140402。

1935年，愛因斯坦（A.Einstein）、波多爾斯基（B.Podolsky）和羅森（N.Rosen）提出了著名的EPR佯謬，他們以量子力學基本原理為基礎，推導出與經(jīng)典理論中的物理實在論相矛盾的結(jié)論，并把這一量子特性稱為“幽靈般的超距作用”，當下人們稱之為量子糾纏。薛定諤（E.Schr dinger）在研究這一佯謬時提出了“操控（steering）”的概念，后來被稱為EPR操控（EPR steering）。EPR操控描述了對一個粒子進行測量能非局域地影響另一個粒子狀態(tài)的能力，它是一類新的量子非局域特性。通常說的量子非局域特性是指某個糾纏態(tài)違背貝爾不等式，叫做貝爾非局域性。EPR操控則介于量子糾纏與貝爾非局域性之間。

李傳鋒研究組基于可操控的“非此即彼”判據(jù)，實現(xiàn)了一個兩體的EPR操控游戲。這種“非此即彼”的方法原則上通過一次測量就可以判定量子力學和隱變量理論孰是孰非。實驗中，操控方宣稱與被操控方共享一個兩比特糾纏態(tài)，通過己方的測量，被操控方的量子態(tài)將會得到兩個純態(tài)之一，從而非局域性地實現(xiàn)對量子態(tài)的操控：被操控方不相信操控方可以非局域地操控自己這一端的量子態(tài)，他首先檢驗自己得到的是否為兩個不同的純態(tài)之一，然后和操控方進行聯(lián)合測量以驗證二者共享的是否為一個糾纏態(tài)，以此來排除操控方欺騙自己的可能。

EPR操控要求能夠存儲被操控方量子態(tài)的信息，從而對操控方的信號進行響應。研究組利用50米光纖來延遲被操控方光子的到達時間，并利用自由空間光調(diào)制器來實現(xiàn)被操控方對操控方信號的響應。從而邏輯嚴謹?shù)貙崿F(xiàn)了EPR操控。由于“非此即彼”判據(jù)對實驗誤差非常敏感，研究組一方面不斷改進實驗裝置使得整套系統(tǒng)的保真度達到98%。另一方面與合作者發(fā)展出一套在“非此即彼”框架下處理實驗誤差的方法，從而很好地檢驗不同量子態(tài)的可操控性。

該實驗提供了一種簡易的實現(xiàn)及驗證EPR操控的方法。擴展了量子非局域性的應用范圍。對于遠程態(tài)制備、量子信息遠程傳輸及量子密鑰分配等具有重要意義。