我科學(xué)家實(shí)現(xiàn)基于人類自由意志的量子非定域性檢驗(yàn)

未來(lái)基于地月系統(tǒng)的貝爾不等式檢驗(yàn)方案示意圖 資料圖片

　　本報(bào)合肥5月12日電 見(jiàn)習(xí)記者冀文亞從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉研究團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于人類自由意志和超高損耗下的貝爾不等式檢驗(yàn)。相關(guān)成果分別于日前發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》和《自然》雜志上。

　　早在20世紀(jì)初，量子力學(xué)剛剛建立不久，以愛(ài)因斯坦和玻爾為代表的兩大陣營(yíng)就開(kāi)始了關(guān)于量子力學(xué)基礎(chǔ)的爭(zhēng)論。1964年，約翰·貝爾提出了一種可以區(qū)分量子力學(xué)與局域?qū)嵲谡撌雽?duì)孰錯(cuò)的測(cè)試方法，即貝爾不等式。隨后的幾十年，大量的實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了量子力學(xué)關(guān)于貝爾不等式的預(yù)言，但是這些實(shí)驗(yàn)或多或少地存在一些漏洞，導(dǎo)致人們依然無(wú)法對(duì)這一爭(zhēng)論進(jìn)行最終判定。

　　潘建偉團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)基于人類自由意志，在地球-月球之間開(kāi)展貝爾不等式檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方案(如上圖所示)。由于人的反應(yīng)時(shí)間在幾百毫秒左右，為了讓糾纏產(chǎn)生、基矢選擇、探測(cè)測(cè)量等事件都滿足類空間隔條件，用于選擇測(cè)量基矢的實(shí)驗(yàn)者需要相距十萬(wàn)公里以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地球直徑。團(tuán)隊(duì)提出利用地球、月球和地月系統(tǒng)拉格朗日點(diǎn)(L4或L5)來(lái)開(kāi)展糾纏分發(fā)和貝爾不等式檢驗(yàn)。根據(jù)目前的技術(shù)水平，一對(duì)糾纏光子從拉格朗日點(diǎn)被分別發(fā)送到地球和月球上測(cè)量時(shí)，需要承受超高損耗，這對(duì)量子糾纏源的亮度提出了更高的要求。為此，研究團(tuán)隊(duì)研制了在16mW的低泵浦功率下每秒可產(chǎn)生10億對(duì)糾纏光子的量子糾纏源，亮度比以往實(shí)驗(yàn)中使用的糾纏源提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　2014年，在發(fā)展使用全新超高亮度糾纏源技術(shù)的基礎(chǔ)上，配合自主研發(fā)的高分辨時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中成功實(shí)現(xiàn)了超高損耗下的貝爾不等式檢驗(yàn)，并在關(guān)閉自由選擇漏洞下觀察到了貝爾不等式的違背，為未來(lái)在地月系統(tǒng)中開(kāi)展量子非定域性的終極檢驗(yàn)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

　　在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)隨后與國(guó)際上10余個(gè)知名量子研究團(tuán)隊(duì)合作，開(kāi)展“大貝爾實(shí)驗(yàn)”。該實(shí)驗(yàn)召集到了世界各地超過(guò)10萬(wàn)名志愿者，所有志愿者在2016年11月30日當(dāng)天，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)參加項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，所有志愿者都需要基于個(gè)人的自由意志不斷地進(jìn)行選擇形成二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)，并記錄在互聯(lián)網(wǎng)云端。這些隨機(jī)數(shù)被實(shí)時(shí)和隨機(jī)地發(fā)放給分布在世界各地的相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)，用以控制這些研究團(tuán)隊(duì)的貝爾不等式檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)更多參與者的自由意志，在更廣泛的范圍內(nèi)關(guān)閉了自由選擇漏洞。作者：本報(bào)見(jiàn)習(xí)記者 冀文亞