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全球首次！北京量子院離子阱量子計(jì)算研究組實(shí)現(xiàn)量子互文性無漏洞測(cè)試
2022年02月15日 13:51:38
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：6452
近日，北京量子信息科學(xué)研究院助理研究員王鵬飛、張靜寧和兼聘教授金奇奐，聯(lián)合清華大學(xué)、西班牙塞維利亞大學(xué)、南方科技大學(xué)等單位的研究人員，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了量子互文性的無漏洞檢驗(yàn)。該成果是量子力學(xué)基礎(chǔ)研究中的一項(xiàng)重要進(jìn)展。相關(guān)論于2月9日刊發(fā)在國際學(xué)術(shù)期刊《Science Advances》
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近日，北京量子信息科學(xué)研究院助理研究員王鵬飛、張靜寧和兼聘教授金奇奐，聯(lián)合清華大學(xué)、西班牙塞維利亞大學(xué)、南方科技大學(xué)等單位的研究人員，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了量子互文性的無漏洞檢驗(yàn)。該成果是量子力學(xué)基礎(chǔ)研究中的一項(xiàng)重要進(jìn)展。相關(guān)論于2月9日刊發(fā)在國際學(xué)術(shù)期刊《Science Advances》
量子互文性是量子體系和經(jīng)典體系之間的本質(zhì)區(qū)別。在人們熟悉的經(jīng)典世界中，當(dāng)人們以不同的順序或在不同的時(shí)間點(diǎn)測(cè)量同一個(gè)體系的同一個(gè)觀測(cè)量時(shí)，輸出的結(jié)果總是相同。因此人們自然地認(rèn)為這些被測(cè)量的觀測(cè)值是早就存在的，并且在測(cè)量之后仍然存在。
然而這個(gè)假設(shè)在量子力學(xué)中并不成立。量子系統(tǒng)中的一對(duì)測(cè)量也可以產(chǎn)生互不干擾的測(cè)量結(jié)果并且在重復(fù)測(cè)量時(shí)產(chǎn)生相同的結(jié)果，但即使在這種情況下，它們測(cè)量結(jié)果的相關(guān)性也不能用預(yù)先存在內(nèi)在值的假設(shè)來解釋。基于這一現(xiàn)象，科學(xué)家提出了量子力學(xué)中量子互文性的Bell-Kochen-Specker定理。這個(gè)性質(zhì)如今被證明是量子計(jì)算機(jī)性能超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的內(nèi)在原因。
但是，如何在關(guān)閉所有“漏洞”的情況下，在實(shí)驗(yàn)上測(cè)試量子互文性一直是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的問題。因?yàn)閹缀跛械膶?shí)驗(yàn)平臺(tái)以及實(shí)驗(yàn)方法都有各種不同的缺陷，這些缺陷又叫做實(shí)驗(yàn)漏洞，在這些缺陷加上一些合理的假設(shè)就可以輕易推翻實(shí)驗(yàn)結(jié)論，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可信。
清華大學(xué)物理系離子阱量子計(jì)算研究組巧妙地利用Yb-Ba混合離子系統(tǒng)排除了所有漏洞，在實(shí)驗(yàn)上首次實(shí)現(xiàn)了量子互文性的無漏洞檢驗(yàn)。在此次研究中，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種利用復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行無漏洞量子互文性測(cè)試的實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)中使用兩種不同離子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來保證它們彼此互不干擾，并通過對(duì)兩種離子分別進(jìn)行重復(fù)測(cè)量來保證理想觀測(cè)條件，且實(shí)驗(yàn)中沒有漏掉任何測(cè)量結(jié)果。最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)了量子互文性不等式15個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的違背。
該成果除了對(duì)于基礎(chǔ)研究意義重大外，還可以廣泛地應(yīng)用在量子信息的其他領(lǐng)域，比如可以用該方案檢測(cè) “量子計(jì)算機(jī)”是否是真正的量子計(jì)算機(jī)，即量子系統(tǒng)真?zhèn)蔚蔫b別；以及用作自驗(yàn)證的量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、盲量子計(jì)算等。
該工作受到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金“第二代量子體系的構(gòu)筑與操控”重大研究計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金委的支持。
相關(guān)論文信息：
Significant loophole-free test of Kochen-Specker contextuality using two species of atomic ions
PENGFEI WANG JUNHUA ZHANG CHUN-YANG LUAN MARK UMYE WANG MU QIAO TIAN XIE JING-NING ZHANG ADÁN CABELLO AND KIHWAN KIM
SCIENCE ADVANCES • 9 Feb 2022
參考資料來源：中國科學(xué)報(bào)
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