為了理解現(xiàn)實(shí)的基本性質(zhì)，物理學(xué)家們探索了量子力學(xué)和局域?qū)嵲谛缘倪吔纭＞钟驅(qū)嵲谛允沁@一探索中最引人注目的概念之一，它認(rèn)為一個(gè)位置發(fā)生的物理過(guò)程不會(huì)立即受到另一個(gè)位置事件的影響。量子力學(xué)，特別是通過(guò)糾纏和非局域性現(xiàn)象，挑戰(zhàn)了這一原則。最近，發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》的一項(xiàng)研究，使得通過(guò)哈代違背(Hardy’s Violation)進(jìn)行無(wú)漏洞的局域?qū)嵲谛詼y(cè)試成為可能，這是量子物理學(xué)的一個(gè)重要里程碑。

貝爾定理與局域?qū)嵲谛?/h3>

物理學(xué)家約翰·貝爾在1964年提出的貝爾定理表明，沒(méi)有任何局域隱藏變量理論可以再現(xiàn)量子力學(xué)的所有預(yù)測(cè)。這一定理為實(shí)驗(yàn)測(cè)試奠定了基礎(chǔ)，這些測(cè)試可以區(qū)分量子力學(xué)和局域?qū)嵲谛浴Ｗ钪臏y(cè)試涉及貝爾不等式，如果違反這些不等式，就表明存在量子糾纏和非局域性。

盡管貝爾定理在理論上非常清晰，但實(shí)驗(yàn)測(cè)試歷史上面臨著重大挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)被稱為漏洞，可能會(huì)削弱從這些實(shí)驗(yàn)中得出的結(jié)論的有效性。主要的兩個(gè)漏洞是檢測(cè)漏洞和局域性漏洞。

檢測(cè)漏洞：當(dāng)并非所有糾纏粒子都被檢測(cè)到時(shí)，會(huì)導(dǎo)致樣本偏差，可能錯(cuò)誤地表明違反了局域?qū)嵲谛浴＞钟蛐月┒矗寒?dāng)測(cè)量設(shè)置不是獨(dú)立選擇的，或者測(cè)量設(shè)備之間可能存在通信時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這種漏洞，從而允許局域?qū)嵲谛越忉尅?/p>

哈代悖論

哈代悖論由盧西恩·哈代在1992年提出，是貝爾定理的一種特別優(yōu)雅和簡(jiǎn)單的形式。它展示了一個(gè)場(chǎng)景，其中量子力學(xué)預(yù)測(cè)某些結(jié)果具有非零概率，而局域?qū)嵲谛岳碚擃A(yù)測(cè)這些結(jié)果的概率為零。這種“全有或全無(wú)”的性質(zhì)使哈代悖論成為測(cè)試局域?qū)嵲谛缘挠辛ぞ摺１M管其非常優(yōu)雅，但哈代悖論的實(shí)驗(yàn)測(cè)試歷史上需要額外的假設(shè)，也會(huì)導(dǎo)致潛在的漏洞。

最近的實(shí)驗(yàn)在解決這些漏洞方面取得了重大進(jìn)展。一個(gè)顯著的例子是趙思然及其同事進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)通過(guò)哈代違背實(shí)現(xiàn)了無(wú)漏洞的局域?qū)嵲谛詼y(cè)試。該實(shí)驗(yàn)利用了具有高檢測(cè)效率和量子態(tài)保真度的光子糾纏源，以及高速量子隨機(jī)數(shù)生成器，以確保獨(dú)立的測(cè)量設(shè)置。來(lái)源: www.ws46.com

實(shí)驗(yàn)設(shè)置

實(shí)驗(yàn)涉及創(chuàng)建糾纏光子對(duì)，并將其分配到兩個(gè)遠(yuǎn)距離位置。測(cè)量設(shè)置使用高速隨機(jī)數(shù)生成器選擇，確保設(shè)置是獨(dú)立的，并且沒(méi)有測(cè)量設(shè)備之間的潛在通信，解決了局域性漏洞。檢測(cè)效率提高到82.2%，量子態(tài)保真度達(dá)到99.10%，顯著減少了檢測(cè)漏洞。

在連續(xù)運(yùn)行六小時(shí)期間，實(shí)驗(yàn)觀察到哈代悖論的強(qiáng)烈違背，概率為P= 4.646?10^{-4} ，達(dá)到五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。這一結(jié)果來(lái)自43.2億次試驗(yàn)，提供了反對(duì)局域?qū)嵲谛缘膹?qiáng)大統(tǒng)計(jì)證據(jù)。零假設(shè)檢驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)了結(jié)果不能用局域?qū)嵲谛岳碚摻忉專(zhuān)舷薷怕蕿?0^{-16348}。

結(jié)論

通過(guò)哈代違背進(jìn)行的無(wú)漏洞局域?qū)嵲谛詼y(cè)試代表了我們對(duì)量子世界理解的重大進(jìn)展。通過(guò)解決主要的實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)，并提供反對(duì)局域?qū)嵲谛岳碚摰膹?qiáng)有力證據(jù)，這項(xiàng)工作不僅鞏固了量子力學(xué)的基礎(chǔ)，還為量子信息科學(xué)的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)辟了新途徑。隨著我們繼續(xù)探索量子領(lǐng)域，這樣的實(shí)驗(yàn)將對(duì)揭示現(xiàn)實(shí)的真實(shí)本質(zhì)至關(guān)重要。