中國(guó)科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒教授、許金時(shí)教授研究組與合作者發(fā)展了適合研究單體高維量子系統(tǒng)的可擴(kuò)展光學(xué)體系，成功觀測(cè)到最強(qiáng)的邏輯形式量子關(guān)聯(lián)。李傳鋒、許金時(shí)等和數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院馬杰教授等人，聯(lián)合安徽大學(xué)許振朋教授、北京玻色量子科技有限公司文凱博士、南開(kāi)大學(xué)陳景靈教授等組成了該研究團(tuán)隊(duì)。成果1月29日發(fā)表在國(guó)際知名期刊《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）上，《新科學(xué)家》（New Scientist）雜志以“Experiment with 37 dimensions shows how strange quantum physics can be”為題報(bào)道本項(xiàng)成果。

量子力學(xué)允許出現(xiàn)超越經(jīng)典物理學(xué)的關(guān)聯(lián)，其中邏輯形式的量子關(guān)聯(lián)無(wú)需違背不等式，能夠更明確地展示與經(jīng)典關(guān)聯(lián)的不同，吸引了廣泛的關(guān)注。1989年，Greenberger, Horne 和Zeilinger (GHZ) 首次預(yù)言了態(tài)依賴的邏輯形式量子關(guān)聯(lián)，揭示了量子力學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)在實(shí)驗(yàn)中四個(gè)條件概率組合的預(yù)言上出現(xiàn)確定性的矛盾，即著名的GHZ悖論。邏輯形式量子關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度與所使用的條件概率組合的數(shù)量有關(guān)，條件概率組合數(shù)越少，量子關(guān)聯(lián)就越強(qiáng)。自GHZ結(jié)果發(fā)表36年以來(lái)，更強(qiáng)的邏輯形式量子關(guān)聯(lián)一直未取得進(jìn)展。為了解決這一開(kāi)放性問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了適用于邏輯形式關(guān)聯(lián)的圖論方法，通過(guò)搜索圖論常數(shù)，在37維空間中發(fā)現(xiàn)了僅使用三個(gè)條件概率組合的量子關(guān)聯(lián)，如圖1(A)所示。研究進(jìn)一步表明，條件概率組合的數(shù)量已無(wú)法進(jìn)一步減少，證明了該結(jié)果就是邏輯形式量子關(guān)聯(lián)的極限。

圖1：(A) 包含三個(gè)條件概率組合的GHZ型悖論中互斥事件的圖表示；(B) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相應(yīng)的非互文隱變量模型(NCHV)理論預(yù)言結(jié)果。

為了觀察到高維空間中的量子關(guān)聯(lián)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于直和空間編碼和時(shí)間維度復(fù)用的可擴(kuò)展光學(xué)體系，可以將高維空間中的制備-測(cè)量實(shí)驗(yàn)分解為多個(gè)低維空間中的實(shí)驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)在該體系中以超過(guò)8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的置信度，觀測(cè)到了高維空間下邏輯形式量子關(guān)聯(lián)，如圖1(B)所示。該研究將為尋找更強(qiáng)的其它形式量子關(guān)聯(lián)提供重要線索，同時(shí)實(shí)驗(yàn)中所觀測(cè)到的量子關(guān)聯(lián)將在量子計(jì)算和量子通信領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已畢業(yè)的博士研究生劉正昊、孟雨和數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的博士研究生吳雨澤為論文共同第一作者。該工作得到了合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、基金委、中國(guó)科學(xué)院、安徽省以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的資助。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abd8080

《新科學(xué)家》雜志報(bào)道鏈接：https://www.newscientist.com/article/2466110-experiment-with-37-dimensions-shows-how-strange-quantum-physics-can-be/

（中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、物理學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）

新聞鏈接：https://news.ustc.edu.cn/info/1055/90547.htm

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