量子力学基础研究取得重要进展

记者从中国科技大学获悉，郭光灿院士团队与西班牙理论物理学家合作，验证了基于局域操作和共享的随机性（LOSR）理论框架下的真正多体是非局域性的，结果表明，两体或三体之间的非局域关系不能解释自然界产生的所有关系。该结果最近在国际期刊《物理评论快报》上发表，并被选为本期的封面文章。
量子力学允许粒子之间存在非局域关系，即量子非局域关系。量子非局域性是实现各种量子信息过程的重要资源。对于多系统来说，真多体非局域性被认为是多系统中最强大的非局域关联。真多体非局域检验通常依赖于局域操作和经典通信（LOCC）框架下的不等式违规行为。然而，在多个非局域性测试中，我们通常需要假设不同观察者之间联合测量的概率分布符合无信号条件，禁止经典通信，因此基于LOCC真多体非局域性并不是一个很好的定义。
在量子资源理论中，LOCC它不是唯一可以用来定义纠缠资源的免费操作。去除经典通信后，更自然的定义是基于LOSR理论框架。在实验中，研究小组首先验证了三体纠缠结构的非局域性。三体系统LOSR局域模型允许三体之间共享随机性，并允许任何两体之间的关联不受限制，即允许其关联可以是量子关联，也可以是更广泛的概率理论允许的关联，不依赖量子力学描述。以往相关理论工作中提出的研究人员LOSR改进非局域性不等式，针对多光子实验中常见的白噪声，提出了鲁棒性较强的不等式，并在实验中采用自主研制的方法“三明治型”高保真度多光子纠缠源26.3标准差的违规验证了真三体LOSR非局域性。研究小组进一步违反实验中进一步违反了真四体情况实验LOSR不等式，实验排除了基于共享随机性和三体广义相关的局域模型，显示了真正的四体非局域模型。
这些实验结果表明，只有两体或三体之间的非局域关系并不能解释自然界产生的所有关系。本研究提出的不等式可扩展到任何N体情况，制备高保真度纠缠源的方法为实验显示更量子系统的非局域性奠定了基础。