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全球首次！北京量子院離子阱量子計算研究組實現(xiàn)量子互文性無漏洞測試
2022年02月15日 13:51:38
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點擊量：6441
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，首次在實驗上實現(xiàn)了量子互文性的無漏洞檢驗。該成果是量子力學(xué)基礎(chǔ)研究中的一項重要進展。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，首次在實驗上實現(xiàn)了量子互文性的無漏洞檢驗。該成果是量子力學(xué)基礎(chǔ)研究中的一項重要進展。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間點測量同一個體系的同一個觀測量時，輸出的結(jié)果總是相同。因此人們自然地認為這些被測量的觀測值是早就存在的，并且在測量之后仍然存在。
然而這個假設(shè)在量子力學(xué)中并不成立。量子系統(tǒng)中的一對測量也可以產(chǎn)生互不干擾的測量結(jié)果并且在重復(fù)測量時產(chǎn)生相同的結(jié)果，但即使在這種情況下，它們測量結(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。這個性質(zhì)如今被證明是量子計算機性能超越經(jīng)典計算機的內(nèi)在原因。
但是，如何在關(guān)閉所有“漏洞”的情況下，在實驗上測試量子互文性一直是一個極具挑戰(zhàn)的問題。因為幾乎所有的實驗平臺以及實驗方法都有各種不同的缺陷，這些缺陷又叫做實驗漏洞，在這些缺陷加上一些合理的假設(shè)就可以輕易推翻實驗結(jié)論，導(dǎo)致實驗結(jié)果不可信。
清華大學(xué)物理系離子阱量子計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，在實驗上首次實現(xiàn)了量子互文性的無漏洞檢驗。在此次研究中，研究團隊提出了一種利用復(fù)合系統(tǒng)進行無漏洞量子互文性測試的實驗方法。實驗中使用兩種不同離子進行實驗來保證它們彼此互不干擾，并通過對兩種離子分別進行重復(fù)測量來保證理想觀測條件，且實驗中沒有漏掉任何測量結(jié)果。最后的實驗結(jié)果實現(xiàn)了量子互文性不等式15個標準差的違背。
該成果除了對于基礎(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 “量子計算機”是否是真正的量子計算機，即量子系統(tǒng)真?zhèn)蔚蔫b別；以及用作自驗證的量子隨機數(shù)發(fā)生器、盲量子計算等。
該工作受到了國家重點研發(fā)計劃、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
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