我系李传锋、黄运锋等首次实验验证六光子GHZ非局域性

我实验室在多光子非局域性研究中取得重要进展。李传锋、黄运锋研究组成功制备出世界上最高保真度的六光子Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态,并首次验证了六光子GHZ(即“非此即彼”型)非局域性,研究成果发表在12月23日的《物理评论快报》上,并被《物理评论快报》选为编辑推荐(Editors’ Suggestion)论文。

量子非局域性是量子信息和量子物理的核心问题之一,是量子通信和量子计算的重要资源。两体的非局域性(Bell不等式)已经被深入地研究,然而在多体情况下量子非局域性还有很多问题亟待解决。为了验证多体非局域性,人们提出了多种方法,包括GHZ悖论和Mermin不等式等。其中GHZ悖论由于其“非此即彼”的非统计特性引起了人们极大的兴趣。GHZ悖论是构造一系列测量,量子力学和局域隐变量理论对测量结果会做出完全相反的预言,由此就可在实验上一次性判定量子力学和隐变量理论孰是孰非,而不需要像Bell不等式和Mermin不等式那样通过大量数据的统计计算进行判断。然而要进行“非此即彼”的非局域性验证对纠缠态的保真度要求很高。虽然近年来人们已经能够制备六光子甚至八光子纠缠态,但是其保真度有限,目前多光子GHZ悖论的实验检验还停留在四光子阶段。

李传锋、黄运锋等人一方面提出了多体GHZ悖论的普适构造方法;另一方面在自主研发的“beamlike”型纠缠源基础上,巧妙设计出“三明治”型纠缠源。这种新型的纠缠源具有更好的对称性,从而使纠缠光子对的符合效率达到0.29,纠缠度达99%,同时亮度达到每毫瓦泵浦每秒可发射2000对的水平,这些指标超越了此前所有多光子实验中的报道。由此研究组制备出的六光子GHZ态保真度高达88.4%,创造了世界最高水平。研究组在以上基础上最终实验验证了六光子GHZ型非局域性。

审稿人评价本项工作为多光子实验的保真度和亮度设立了新标准(“The experiments sets a new standard in terms of fidelity and brightness in multiphoton experiments”)。本成果对量子通讯网络、量子计算和量子物理基本问题的研究都将带来极大的促进作用。

论文的第一作者为中科院量子信息重点实验室博士研究生张超。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和教育部的资助。

论文链接:
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.260402

编辑时间:2015-12-25