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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 作者：楊 點擊量：6441
近日，北京量子信息科學研究院助理研究員王鵬飛、張靜寧和兼聘教授金奇奐，聯合清華大學、西班牙塞維利亞大學、南方科技大學等單位的研究人員，首次在實驗上實現了量子互文性的無漏洞檢驗。該成果是量子力學基礎研究中的一項重要進展。相關論于2月9日刊發在國際學術期刊《Science Advances》
【化工儀器網 項目成果】近日，北京量子信息科學研究院助理研究員王鵬飛、張靜寧和兼聘教授金奇奐，聯合清華大學、西班牙塞維利亞大學、南方科技大學等單位的研究人員，首次在實驗上實現了量子互文性的無漏洞檢驗。該成果是量子力學基礎研究中的一項重要進展。相關論于2月9日刊發在國際學術期刊《Science Advances》
量子互文性是量子體系和經典體系之間的本質區別。在人們熟悉的經典世界中，當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。
然而這個假設在量子力學中并不成立。量子系統中的一對測量也可以產生互不干擾的測量結果并且在重復測量時產生相同的結果，但即使在這種情況下，它們測量結果的相關性也不能用預先存在內在值的假設來解釋。基于這一現象，科學家提出了量子力學中量子互文性的Bell-Kochen-Specker定理。這個性質如今被證明是量子計算機性能超越經典計算機的內在原因。
但是，如何在關閉所有“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就可以輕易推翻實驗結論，導致實驗結果不可信。
清華大學物理系離子阱量子計算研究組巧妙地利用Yb-Ba混合離子系統排除了所有漏洞，在實驗上首次實現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合系統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測量來保證理想觀測條件，且實驗中沒有漏掉任何測量結果。最后的實驗結果實現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研究意義重大外，還可以廣泛地應用在量子信息的其他領域，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，即量子系統真偽的鑒別；以及用作自驗證的量子隨機數發生器、盲量子計算等。
該工作受到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金“第二代量子體系的構筑與操控”重大研究計劃和國家自然科學基金委的支持。
相關論文信息：
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：中國科學報
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