中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、黃運(yùn)鋒等與西班牙理論物理學(xué)家Marc-Olivier Renou等合作，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于局域操作和共享隨機(jī)性(LOSR)理論框架下的真多體非局域性，結(jié)果表明用兩體或三體非局域關(guān)聯(lián)無法解釋自然界產(chǎn)生的所有關(guān)聯(lián)。相關(guān)成果日前以封面文章形式發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。

量子力學(xué)允許粒子之間存在非局域的關(guān)聯(lián)，即量子非局域性。量子非局域性是實(shí)現(xiàn)各種量子信息過程的重要資源。對(duì)于多體系統(tǒng)，真多體非局域性被認(rèn)為是多體系統(tǒng)中能展現(xiàn)的最強(qiáng)非局域關(guān)聯(lián)。

真多體非局域性檢驗(yàn)通常依賴于局域操作和經(jīng)典通信(LOCC)框架下的不等式的違背。然而在這種檢驗(yàn)中，通常需要假定不同觀測(cè)者間聯(lián)合測(cè)量的概率分布服從無信號(hào)條件，經(jīng)典通信是禁止的，因此基于LOCC的真多體非局域性并不是良好的定義。

在量子資源理論中，LOCC并不是唯一可以用來定義糾纏資源的免費(fèi)操作，在去除經(jīng)典通信后，一個(gè)更為自然的定義是基于LOSR的理論框架。

在實(shí)驗(yàn)中，研究組先驗(yàn)證了三體糾纏結(jié)構(gòu)的非局域性。該三體系統(tǒng)的LOSR局域模型允許三體之間具有共享隨機(jī)性，并允許對(duì)任意兩體之間的關(guān)聯(lián)不設(shè)限，即允許其關(guān)聯(lián)可以是量子關(guān)聯(lián)，也可以是具有更為廣泛的不依賴量子力學(xué)描述的廣義概率理論所允許的關(guān)聯(lián)。

研究組聯(lián)合Marc-Olivier Renou等人對(duì)此前相關(guān)理論工作中提出的LOSR非局域性不等式進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)多光子實(shí)驗(yàn)中常見的白噪聲提出了魯棒性更強(qiáng)的不等式，并在實(shí)驗(yàn)中利用自主研制的“三明治型”高保真度多光子糾纏源以26.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的違背驗(yàn)證了真三體LOSR非局域性。

研究組進(jìn)一步在四體情形實(shí)驗(yàn)違背了真四體LOSR不等式，實(shí)驗(yàn)排除了基于共享隨機(jī)性和三體廣義關(guān)聯(lián)的局域性模型，展示了真四體非局域性。

該工作中提出的不等式可以拓展到任意N體情形，而制備高保真度糾纏源的方法為實(shí)驗(yàn)展示更大量子系統(tǒng)非局域性打下了基礎(chǔ)。(見習(xí)記者王敏)

關(guān)鍵詞： 量子力學(xué)基礎(chǔ)研究獲新進(jìn)展 展示真四體非局域性 真多體非局域性檢驗(yàn) 三體糾纏結(jié)構(gòu)的非局域性