在一項新的研究中，研究人員展示了創(chuàng)造性的策略，以擺脫長期混淆量子力學(xué)測試的漏洞。通過他們的創(chuàng)新方法，研究人員能夠證明兩個間隔超過180米（590英尺）的粒子之間的量子相互作用，同時消除了過去11年中共同事件影響其相互作用的可能性。
解釋這些實驗結(jié)果的論文將于9月15日至19日在美國華盛頓特區(qū)舉行的光學(xué)+激光科學(xué)前沿（FIO + LS）會議上發(fā)表。
量子現(xiàn)象正在引導(dǎo)探索計算，加密，傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用，但研究人員還沒有完全理解它們背后的物理學(xué)。這項新工作可以通過改進探測量子力學(xué)的技術(shù)來幫助推進量子應(yīng)用。
物理學(xué)家長期以來一直在努力解決關(guān)于管理我們世界的力量的不同觀點。雖然量子力學(xué)理論逐漸超越了經(jīng)典力學(xué)，但量子力學(xué)的許多方面仍然是神秘的。在20世紀60年代，物理學(xué)家約翰·貝爾提出了一種測試稱為貝爾不等式的量子力學(xué)的方法。
這個實驗是兩方，綽號為“愛麗絲”和“鮑勃”的光子一類的粒子，對位于相距很遠但通過量子糾纏相互連接的兩方粒子進行測量。
如果世界確實完全由量子力學(xué)支配，那么這些遠程粒子將通過量子相互作用的非局部相關(guān)性來控制，這樣測量一個粒子的狀態(tài)會影響另一個粒子的狀態(tài)。然而，一些替代理論認為粒子似乎只是相互影響，但實際上它們是由經(jīng)典的，而不是量子的物理學(xué)背后的其他隱藏變量連接起來的。
貝爾定理的實驗驗證示意圖
對于像光子一類的粒子，貝爾定理的實驗驗證示意圖。不穩(wěn)定粒子的衰變會生成單態(tài)粒子對，其兩顆粒子會分別朝著相反方向移動。假設(shè)，在與衰變地點相隔一段距離的兩個地點，分別以各種不同夾角角度θ任意設(shè)定為實驗參數(shù)，然后測量這兩顆粒子的自旋，則得到的數(shù)據(jù)可以計算出這系統(tǒng)的糾纏性質(zhì)。
貝爾不等式為：|Pxz-Pzy|≤1+Pxy。其中，Ax為正的意思為在x軸上觀察到A量子的自旋態(tài)為正，而Pxz代表Ax為正和Bz為正的相關(guān)性。
在經(jīng)典力學(xué)中，此不等式成立。在量子世界中，此不等式卻不成立。
貝爾定理意味著，阿爾伯特·愛因斯坦所主張的定域性原理，其預(yù)測不符合量子力學(xué)理論。由于很多實驗的結(jié)果與量子力學(xué)理論的預(yù)測一致，顯示出的量子關(guān)聯(lián)遠強過定域隱變數(shù)理論所能夠解釋，所以，物理學(xué)者拒絕接受定域?qū)嵲谡搶τ谶@些實驗結(jié)果的解釋。陷入找不到滿意解答的窘境，物理學(xué)者只能無可奈何地勉強承認這是一種非因果關(guān)系的超光速效應(yīng)。
研究人員已經(jīng)進行了許多實驗來測試貝爾的不等式。然而，實驗并不總是完美的，并且存在可能導(dǎo)致誤導(dǎo)結(jié)果的已知漏洞。雖然大多數(shù)實驗都強烈支持存在量子相互作用的結(jié)論，但這些漏洞仍然存在研究人員可能無意中影響隱藏變量的可能性，因此留下了懷疑的余地。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李明翰博士
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科學(xué)家，該論文第一作者李明翰博士和他的同事展示了彌合這些漏洞的方法，并增加了量子力學(xué)控制兩個粒子之間相互作用的證據(jù)。
李博士表示：“我們實現(xiàn)了一個無漏洞的貝爾測試，其測量設(shè)置由遠程宇宙光子決定。因此我們以高可信度驗證了量子力學(xué)的完整性?！敝袊茖W(xué)技術(shù)大學(xué)李明漢說。是該論文的第一作者。
無漏洞貝爾定律驗證實驗
研究人員創(chuàng)造了糾纏光子對，并將每對中的兩個光子分布到兩個相反方向的測量站。在每個測量站，望遠鏡接收來自所選宇宙輻射源的光子，該宇宙輻射源距離地球至少11光年。宇宙光子檢測信號產(chǎn)生隨機位，用于無漏洞Bell測試的測量設(shè)置選擇。在這個實驗中，研究人員關(guān)閉了檢測和局部漏洞，并推遲了時間限制。
他們的實驗裝置包括三個主要部分：一個定期發(fā)出成對糾纏光子的裝置和兩個測量光子的裝置。用貝爾的不等式來說，這些代表愛麗絲和鮑勃。第一個測量站距離光子對源93米，第二個站距離相反方向90米。
糾纏光子通過單模光纖傳播到測量站，在那里用普克爾斯盒測量它們的偏振態(tài)，并用超導(dǎo)納米線單光子探測器探測光子。
在設(shè)計他們的實驗時，研究人員試圖克服三個關(guān)鍵問題：損失和噪聲使檢測不可靠（檢測漏洞）的想法，任何影響愛麗絲和鮑勃的測量選擇的通信都會使測量成為可能的局部漏洞，并且認為不是“真正自由和隨機”的測量設(shè)置選擇使得結(jié)果能夠由共同過去的隱藏原因（選擇權(quán)自由漏洞）控制。
為了解決第一個問題，李博士和他的同事通過比較光子行程開始和結(jié)束時的測量結(jié)果，證明了它們的設(shè)置達到了足夠低的損耗和噪聲水平。為了解決第二個問題，他們建立了實驗裝置，在測量設(shè)置選擇事件之間進行了類似空間的分離。為了解決第三個問題，他們根據(jù)11年前的宇宙光子行為進行了測量設(shè)置選擇，這提供了很高的信心，即粒子在過去11年中共享的任何內(nèi)容都沒有產(chǎn)生影響結(jié)果的隱藏變量。
將理論計算的預(yù)測與實驗結(jié)果相結(jié)合，研究人員能夠證明糾纏光子對之間的量子相互作用具有高度的置信度和保真度。因此，他們的實驗提供了強有力的證據(jù)，證明量子效應(yīng)而非隱藏變量是粒子行為的背后。
