我科學(xué)家實現(xiàn)基于人類自由意志的量子非定域性檢驗

未來基于地月系統(tǒng)的貝爾不等式檢驗方案示意圖 資料圖片

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

　　早在20世紀(jì)初，量子力學(xué)剛剛建立不久，以愛因斯坦和玻爾為代表的兩大陣營就開始了關(guān)于量子力學(xué)基礎(chǔ)的爭論。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κ脲e的測試方法，即貝爾不等式。隨后的幾十年，大量的實驗都證實了量子力學(xué)關(guān)于貝爾不等式的預(yù)言，但是這些實驗或多或少地存在一些漏洞，導(dǎo)致人們依然無法對這一爭論進(jìn)行最終判定。

　　潘建偉團(tuán)隊提出了一個基于人類自由意志，在地球-月球之間開展貝爾不等式檢驗的實驗方案(如上圖所示)。由于人的反應(yīng)時間在幾百毫秒左右，為了讓糾纏產(chǎn)生、基矢選擇、探測測量等事件都滿足類空間隔條件，用于選擇測量基矢的實驗者需要相距十萬公里以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地球直徑。團(tuán)隊提出利用地球、月球和地月系統(tǒng)拉格朗日點(diǎn)(L4或L5)來開展糾纏分發(fā)和貝爾不等式檢驗。根據(jù)目前的技術(shù)水平，一對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量時，需要承受超高損耗，這對量子糾纏源的亮度提出了更高的要求。為此，研究團(tuán)隊研制了在16mW的低泵浦功率下每秒可產(chǎn)生10億對糾纏光子的量子糾纏源，亮度比以往實驗中使用的糾纏源提高了兩個數(shù)量級。

　　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)的高分辨時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，研究團(tuán)隊在實驗室中成功實現(xiàn)了超高損耗下的貝爾不等式檢驗，并在關(guān)閉自由選擇漏洞下觀察到了貝爾不等式的違背，為未來在地月系統(tǒng)中開展量子非定域性的終極檢驗邁出了堅實的一步。

　　在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊隨后與國際上10余個知名量子研究團(tuán)隊合作，開展“大貝爾實驗”。該實驗召集到了世界各地超過10萬名志愿者，所有志愿者在2016年11月30日當(dāng)天，通過互聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)參加項目開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)實驗。在實驗中，所有志愿者都需要基于個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)被實時和隨機(jī)地發(fā)放給分布在世界各地的相關(guān)研究團(tuán)隊，用以控制這些研究團(tuán)隊的貝爾不等式檢驗實驗，通過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：本報見習(xí)記者 冀文亞