量子网络的非局域性被实验验证

记者17日从中国科学技术大学获悉，郭光灿院士李传峰、刘与奥地利同行合作，利用超纠缠实现了基于对称联合测量的纠缠交换，表现出与标准贝尔态测量的非局域量子网络完全不同的性质。该研究成果近日发表在国际期刊《物理评论快报》上。

贝尔非局域性是量子力学和量子信息科学的重要基础。近年来，对非局域性的研究不再局限于两体问题，而是转向了更复杂的结构。这种实验涉及许多独立的纠缠源。在实验中，这些纠缠源以多种方式分布和纠缠，最终形成一个非局域量子网络。由于量子网络表现出的非局域性突破了传统贝尔实验的框架，无论是在物理理论上还是实验上都存在很大的挑战。对称性测量是一种重要的纠缠测量，它与Bell态测量有着本质的区别。它具有优雅自然的对称性，可以作为量子信息资源。

首先，研究人员制备了一个超纠缠对，产生的两个光子的态分别在偏振自由度和路径自由度上纠缠。那么，在同一个光子的偏振自由度和路径自由度上，可以用一个通用的量子电路实现任意对称的联合测量。由于确定性控制门可以在同一个光子的不同自由度之间实现，课题组通过自行设计的偏振路径切换装置确定性地实现了任意对称的联合测量。实验结果表明，本课题组实现的对称联合测量的保真度为97.4%。研究组利用对称联合测量实现了纠缠交换，研究了双局域贝尔不等式和整个量子网络的非局域性。实验结果显示了与标准贝尔态测量的非局域量子网络完全不同的性质。

这一成果是在标准Bell态测量的基础上超越非局域量子网络的第一步，证明了不同的纠缠测量可以构建具有不同优势的非局域量子网络，为构建不同结构的非局域量子网络提供了技术路线。