中國(guó)科大實(shí)現(xiàn)基于人類(lèi)自由意志的量子非定域性檢驗(yàn)

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近日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉教授及其同事彭承志、印娟、張強(qiáng)、陳宇翱等組成的研究團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于人類(lèi)自由意志和超高損耗下的貝爾不等式檢驗(yàn)。相關(guān)研究成果于日前分別發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》和《自然》雜志上。

據(jù)悉，早在上世紀(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)并不能完美滿(mǎn)足貝爾不等式的假設(shè)條件，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。

而潘建偉團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)基于人類(lèi)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。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(mǎn)足類(lèi)空間隔條件，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)。

據(jù)悉，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(TDC)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)，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)十萬(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(xiàn)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。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院、科技部和安徽省的支持。