來源：中國科學(xué)院網(wǎng)該研究工作得到了中科院、科技部“973”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、教育部的支持。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.080404

試驗(yàn)裝置圖

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事張強(qiáng)、范靖云、馬雄峰等與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所和日本NTT基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室合作，利用遙遠(yuǎn)星體產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，實(shí)現(xiàn)同時(shí)關(guān)閉探測(cè)效率漏洞和定域性漏洞的貝爾不等式檢驗(yàn)，向無漏洞的量子非定域性檢驗(yàn)邁出重要一步。此項(xiàng)研究成果以編輯推薦的形式在線發(fā)表于物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》[Phys. Rev. Lett. 121, 080404 (2018)]。

自量子力學(xué)誕生以來，包括愛因斯坦和玻爾在內(nèi)的量子力學(xué)奠基人對(duì)其物理基礎(chǔ)的爭(zhēng)論就不曾停止過，直到1964年，美國物理學(xué)家貝爾提出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)量子糾纏源進(jìn)行隨機(jī)關(guān)聯(lián)測(cè)量，通過其測(cè)量結(jié)果是否能夠破壞不等式（即貝爾不等式）即可判斷量子力學(xué)的基礎(chǔ)是否完備。憑此方案，人類第一次可以從實(shí)驗(yàn)上檢驗(yàn)量子力學(xué)的基礎(chǔ)。在過去幾十年中，世界各國的科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)去檢驗(yàn)貝爾不等式，量子力學(xué)也經(jīng)受住了所有的檢驗(yàn)。然而必須要承認(rèn)的是，之前所有的實(shí)驗(yàn)都存在漏洞，物理學(xué)家完全可以利用這些漏洞，針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出符合經(jīng)典物理定域?qū)嵲谛岳碚摰慕忉尅?015年，國際物理學(xué)界在無漏洞的貝爾不等式實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)上取得了重大進(jìn)展，國際上四個(gè)不同團(tuán)隊(duì)先后完成了關(guān)閉探測(cè)效率漏洞和關(guān)閉定域性漏洞的貝爾不等式實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。但是，控制測(cè)量的隨機(jī)數(shù)之間可能存在著關(guān)聯(lián)，以往的實(shí)驗(yàn)最多只能在實(shí)驗(yàn)前10-5秒保證隨機(jī)數(shù)沒有關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)會(huì)導(dǎo)致新的漏洞，即自由選擇漏洞(freedom-of-choice loophole)。

解決這一問題的思路有兩個(gè)，一個(gè)是利用人類自由意志產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，潘建偉團(tuán)隊(duì)和合作者于今年初首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于人類自由意志和超高損耗下的貝爾不等式檢驗(yàn)，文章分別發(fā)表在《自然》[Nature 557, 212 (2018)]和《物理評(píng)論快報(bào)》[Phys. Rev. Lett. 120, 140405(2018)]上。另外一個(gè)方向則是利用遙遠(yuǎn)星體發(fā)光產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，星體發(fā)光的偏振、波長(zhǎng)和到達(dá)地球的時(shí)間都具有隨機(jī)性，利用這些隨機(jī)性就可以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，而因?yàn)樾求w之間的距離都很遙遠(yuǎn)，這些隨機(jī)數(shù)若存在關(guān)聯(lián)，其關(guān)聯(lián)時(shí)間也會(huì)非常遙遠(yuǎn)。這樣就可以通過選擇遙遠(yuǎn)的星體，盡量提前自由選擇漏洞的關(guān)閉時(shí)間。潘建偉團(tuán)隊(duì)于2017年成功地獲得了星光隨機(jī)數(shù)，文章發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》[Phys. Rev. Lett. 118, 140402(2017)]。最近，他們發(fā)展世界最優(yōu)收集效率的糾纏光源和高效星光隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生系統(tǒng)，利用11光年以外的星光產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，將自由選擇漏洞關(guān)閉時(shí)間提高了13個(gè)數(shù)量級(jí)，在同時(shí)關(guān)閉探測(cè)效率漏洞和定域性漏洞的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了量子力學(xué)的完備性。

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