科大实验团队揭示量子多体非局域性的新证据

标题：中国科学家首次同时验证真多体非局域性和网络非局域性

记者汪乔报道：记者于2月28日从中国科学技术大学获悉，郭光灿院士团队的李传锋、黄运锋、张超等人与西南交通大学罗明星等人合作，成功实现了对真多体非局域性和网络非局域性的首次同时验证。
这项研究标志着我国在量子通信和量子计算领域取得了重要的理论突破，其成果于2月24日发表在《物理评论快报》上。

量子非局域性是量子体系的核心特征之一，指的是在相距遥远的观测者对纠缠粒子进行局域测量时，可以观察到的超越经典物理所能产生的关联分布。
这一概念自1964年贝尔理论提出后，得到了大量实验验证。
近期的先驱性工作因此获得了2022年诺贝尔物理学奖。
在当前的科研工作中，科学家们对于更复杂的量子体系的非局域性进行了深入研究。

一方面，人们引入了真多体非局域性的概念。
传统的量子非局域性主要关注的是两个或多个粒子之间的纠缠关系，而真多体非局域性则进一步考虑了多个粒子之间的复杂关联。
它指的是由局域测量产生的量子关联无法分解成简单的二体概率分布组合。
真多体非局域性不仅在设备无关的真多体纠缠态验证中发挥着重要作用，还为量子多方协议的安全性保障提供了理论基础。

另一方面，随着量子网络的发展，研究人员开始关注由多个独立源构成的量子网络中产生的非局域性。
这种网络非局域性涉及到整个网络中所有源的关联性，对于理解和构建复杂的量子网络具有重要意义。
在单一实验中实现这两种非局域性的同时验证一直是一个悬而未决的问题。

在此次工作中，研究团队提出了一种在单个实验中同时验证两种非局域性的方法。
他们首先利用两套纠缠源制备出三光子广义GHZ态，这是一种特殊的量子态，具有特定的纠缠特性。
接着，研究组通过贝尔基测量将三光子广义GHZ态与第三套源连接，构造出一个混合量子网络。

实验结果表明，在这个混合网络中，由每个观测者进行局域测量所产生的非局域关联无法被一个简单的二体模型模拟。
这不仅验证了该混合网络的全网络非局域性，还验证了其中三体纠缠源的真多体非局域性。
研究团队的这一成果具有两个重要贡献：一是引入了一种新的网络非局域性概念，它比此前的全网络非局域性更为严格，要求网络中所有源都是真多体非局域资源；二是提供了一种利用网络辅助验证真多体纠缠态的新方法。

已有理论表明，利用真多体非局域性可以实现设备无关的真多体纠缠态验证，但是并非所有真多体纠缠态都能产生真多体非局域关联。
在此研究中，研究团队通过网络辅助实现了对广义三比特GHZ态的真多体纠缠验证，这是一种重要的实验进展。
这一成果对于未来在量子通信和量子计算领域的应用具有潜在的重大影响。

中国科学技术大学的研究团队通过与西南交通大学的合作，成功实现了对真多体非局域性和网络非局域性的首次同时验证。
这一成果不仅为量子物理学领域的发展做出了重要贡献，也为未来的量子通信和量子计算应用提供了新的思路和方法。

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