中國科學技術大學潘建偉、張強、陳凱等組成的研究團隊與南開大學陳景靈等合作，通過發展高效率和高保真度的光學量子糾纏態制備與測量系統，成功實現了關閉探測效率漏洞與局域性漏洞的Hardy非定域性演示。該研究為量子力學非定域性提供了新的證據，并為相關的量子信息應用奠定了基礎。8月8日，相關研究成果以“編輯推薦（editor’s suggestion）”的形式發表在國際學術期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

量子力學預言的非定域與經典物理學觀念中的定域實在論存在深刻的矛盾，揭示了量子力學與經典物理學的本質不同，因此，對量子力學非定域性的檢驗一直是物理學的重要研究內容。2022年，Alain Aspect, John Clauser和Anton Zeilinger由于“用糾纏光子進行實驗、確立貝爾不等式的違背以及開創量子信息科學”的成就獲諾貝爾物理學獎。

上世紀90年代，物理學家Lucien Hardy提出了一種新的檢驗局域實在性的方式——Hardy佯謬。該佯謬是指，兩個觀測者對各自收到的粒子進行隨機測量并記錄結果，在滿足三個Hardy條件事件出現的概率為零的情況下，量子力學預測第四個Hardy事件出現的概率大于零，這與定域實在論對第四個Hardy事件概率等于零的預測相悖。Hardy佯謬以簡潔的邏輯和最少的資源揭示了量子力學非定域性與定域實在論的矛盾。

盡管已有許多實驗檢驗Hardy佯謬，但這些工作都存在類似于貝爾不等式檢驗中的局域性漏洞和探測效率漏洞：如果觀測者的測量選擇與結果能夠互相影響（定域性漏洞），或者存在高的光學損耗（探測效率漏洞），經典的定域隱變量理論就可以解釋Hardy佯謬。同時，由于在量子力學的預言中，第四個Hardy事件出現的概率很低，想要在實驗上確認該事件的出現不是噪聲帶來的誤差，就對糾纏源的保真度和效率提出了極高的要求。因此，實現無漏洞的Hardy佯謬檢驗一直是理論上和實驗上的挑戰。

在這項研究中，研究團隊在理論上進一步發展了Hardy約束的Eberhard不等式，該不等式允許在探測效率漏洞被關閉且存在噪聲的情況下進行Hardy佯謬檢驗。實驗上，研究團隊通過優化空間光路的參數，產生了可預報探測效率為82%、保真度為99.1%的糾纏光子對，成功關閉了探測效率漏洞。此外，研究團隊通過精心設計的時空配置，確保了糾纏光子對的產生和觀測者的測量選擇,測量事件和觀測者的測量選擇均處于類空間隔，從而關閉了局域性漏洞，首次實現了無漏洞的Hardy佯謬檢驗。

圖1無漏洞Hardy佯謬檢驗實驗裝置圖

該研究不僅對量子物理基礎研究具有重要意義，而且對量子密鑰分發、量子隨機數認證等量子信息技術的發展具有重要影響。審稿人高度評價了這項工作，認為“實驗結果以及檢驗局域實在性的量化證據令人印象深刻(The experimental results, along with the quantified evidence against local realism, are impressive)”，并以“編輯推薦”方式發表。

中國科學技術大學博士生趙思然，董海浩以及杭州電子科技大學青年教師趙帥是該論文的共同第一作者。

該研究得到了科技部、國家自然科學基金委、中國科學院、安徽省、上海市和浙江省的支持。

論文鏈接：

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.060201

（合肥微尺度物質科學國家研究中心、物理學院、中國科學院量子物理與量子信息創新研究院、科研部）