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东南大学物理系薛鹏教授课题组在量子关联的实验研究中取得重要进展

2016-03-043545发布者:李震

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日前,东南大学物理系薛鹏教授领导的课题组首次在实验中观测到非定域性和互文性这两种量子特性之间存在此消彼长的monogamy关系,从而提供直接证据揭示量子纠缠是一种普适的资源。最新一期的《物理评论快报》[Physical Review Letters 116, 090401 (2016)]刊发了这一项关于量关联的重要进展,并选为Editors' Suggestion

1935年,爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出了著名的EPR佯谬,他们以量子力学基本原理为基础,推导出与经典理论中的定域实在论相矛盾的结论,以此对量子力学提出了质疑。除了定域实在性,量子力学还与经典的语境实在性相互矛盾,即量子力学中的关联具有互文性。通过量子纠缠验证量子力学的非定域性和互文性的实验屡见不鲜。但是先前的研究却从未将两者联系起来。而薛鹏教授领导的课题组则开创性地通过验证了处于纠缠态的物理体系,非定域实在性和互文性之间存在一种此消彼长的关系,即这两种量子特性之间存在一个tradeoff。

实验上,首先通过参量下转换过程制备两光子纠缠态,其中一个光子的偏振和路径比特作为一个qutrit用来验证量子互文性,而这两个光子之间的纠缠关联用来验证量子非定域性。实验结果表明,一旦量子非定域性被实验验证,体系则不再满足量子互文性,反之亦然。这个实验的重要意义在于刷新了人们对于量子纠缠的传统认识,首次提出量子纠缠作为一种更普适的量子资源,非定域性和互文性的验证都将耗费这种资源,其中一个被验证另一个则没有资源可以耗费。

实验论文《Realization of the contextuality-nonlocality tradeoff with a qubit-qutrit photon pair》发表于Physical Review Letters,并被选为Editors' Suggestion,审稿人高度评价这个工作:This is the first experiment ever that combines tests of correlations between distant particles and of correlations between sequences of compatible measurements on one of the parties. This is, by itself, a great achievement and opens the door to experimentally observing other interesting phenomena.

这是薛鹏教授课题组继2015年4月及5月在《物理评论快报》上发表关于量子行走及量子计量学的成果之后,在量子关联的实验研究方面取得的又一重大进展。上述研究得到了国家自然科学基金数理部物理一处(面上项目)和东南大学物理系(省优势学科工程建设经费)的支持。(物理系)