我國科學家首次實現(xiàn)無探測漏洞的高維貝爾不等式檢驗

中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恒研究組將高維糾纏光子的總體探測效率提升到71.7%，從而實現(xiàn)了無探測漏洞的高維貝爾不等式檢驗。該成果日前發(fā)表在國際知名期刊《物理評論快報》上。

非局域性是量子力學和量子信息科學的重要基礎。隨著貝爾不等式的提出，人們可以在試驗上檢驗量子非局域性。由于試驗裝置的不完美，絕大多數(shù)試驗都存在漏洞，其中廣受關注的漏洞包括探測漏洞和局域性漏洞等。2015年，科學家們首次在二維糾纏體系中同時關閉了探測漏洞和局域性漏洞，并以此為基礎發(fā)展出了各種設備無關的量子信息任務。

相比二維量子糾纏而言，高維量子糾纏在信道容量、安全性及抗噪能力上都具有明顯優(yōu)勢，因此實現(xiàn)無漏洞的高維貝爾不等式檢驗并以此為基礎實現(xiàn)設備無關的高維量子信息任務是目前量子信息領域亟需發(fā)展的重要方向。

研究組在高維糾纏光子的探測效率方面取得突破，實現(xiàn)了無探測漏洞的高維貝爾不等式檢驗。研究組采用波長775 nm 的激光泵浦beamlike 切割的非線性晶體得到波長1 550 nm 的糾纏光子，這種切割方式可以有效增大糾纏光子的收集效率，并采用了透過率達到99%的濾波裝置和探測效率90%的超導單光子探測器，并且所有光學元件的基片都采用了在1 550 nm 吸收率極低的光學玻璃，由此最終實現(xiàn)了總體探測效率達71.7%的四維糾纏光子態(tài)，該探測效率遠高于關閉四維貝爾不等式探測漏洞所需的閾值61.8%，同時四維糾纏光子態(tài)的保真度達到了99.5%。通過合理選擇參數(shù)，研究組在國際上首次實現(xiàn)了無探測漏洞的高維貝爾不等式檢驗。

該成果為進一步實現(xiàn)同時關閉探測漏洞和非局域性漏洞的高維貝爾不等式檢驗及設備無關的高維量子通信過程奠定重要基礎。