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中国科大实现基于人类自由意志的量子非定域性检验

2018-05-14 08:46:58来源:中青在线  作者:王磊 王海涵

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 近日,记者从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟教授及其同事彭承志、印娟、张强、陈宇翱等组成的研究团队,在国际上首次实验实现了基于人类自由意志和超高损耗下的贝尔不等式检验。相关研究成果于日前分别发表在《物理评论快报》和《自然》杂志上。

图为未来基于地月系统的Bell不等式检验方案示意图,图片来源自中国科学技术大学

据悉,早在上世纪初量子力学刚刚建立不久,以爱因斯坦和玻尔为代表的两大阵营就开始了关于量子力学基础的争论。1964年,约翰•贝尔提出了一种可以区分量子力学与局域实在论孰对孰错的测试方法,即贝尔不等式。随后的几十年,大量的实验都证实了量子力学关于贝尔不等式的预言。但是这些实验并不能够完美满足贝尔不等式的假设条件,或多或少地存在一些漏洞,导致人们依然无法对这一争论进行最终判定。

而潘建伟团队提出了一个基于人类自由意志,在地球-月球之间开展贝尔不等式检验的实验方案。由于人的反应时间在几百毫秒左右,为了让纠缠产生、基矢选择、探测测量等事件都满足类空间隔条件,团队提出利用地球、月球和地月系统拉格朗日点(L4或L5)来开展纠缠分发和贝尔不等式检验。

据悉,根据目前的技术水平,一对纠缠光子从拉格朗日点被分别发送到地球和月球上测量时,需要承受超高损耗,这对量子纠缠源的亮度提出了更高的要求。为此,研究团队研制了在16mW的低泵浦功率下每秒可产生10亿对纠缠光子的量子纠缠源,亮度比以往实验中使用的纠缠源提高了两个数量级。

2014年,在发展使用全新超高亮度纠缠源技术的基础上,配合自主研发的高分辨时间-数字转换(TDC)系统,研究团队在实验室中成功实现了超高损耗下的贝尔不等式检验,为未来在地月系统中开展量子非定域性的终极检验迈出了坚实的一步。

在此基础上,该团队随后与国际上10余个知名量子研究团队合作,开展 “大贝尔实验”(the Big Bell Test)。该实验召集到了世界各地超过十万名志愿者,所有志愿者在2016年11月30日当天,通过互联网和手机无线网络参加项目开发的网络实验。

在实验中,所有志愿者都需要基于个人的自由意志不断地进行选择形成二进制随机数,并记录在互联网云端。这些随机数被实时和随机地发放给分布在世界各地的相关研究团队,用以控制这些研究团队的贝尔不等式检验实验,通过更多参与者的自由意志,在更广泛的范围内关闭了自由选择漏洞。该研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院、科技部和安徽省等的支持。

【编辑】杜冰清
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