近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)傳來(lái)一項(xiàng)令人矚目的科研進(jìn)展。郭光燦院士團(tuán)隊(duì)中的李傳鋒教授與許金時(shí)教授，攜手多位合作者，共同在量子研究領(lǐng)域取得了重大突破。他們成功構(gòu)建了一個(gè)可擴(kuò)展的光學(xué)體系，專門用于探索單體高維量子系統(tǒng)，并觀測(cè)到了迄今為止最強(qiáng)的邏輯形式量子關(guān)聯(lián)。
這項(xiàng)研究匯聚了來(lái)自不同領(lǐng)域的頂尖學(xué)者，包括數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的馬杰教授、安徽大學(xué)的許振朋教授、北京玻色量子科技有限公司的文凱博士以及南開(kāi)大學(xué)的陳景靈教授等。他們的合作成果已于今年春節(jié)前夕，即1月29日，在國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)?進(jìn)展》上發(fā)表。
量子力學(xué)中的邏輯形式量子關(guān)聯(lián)，是一種超越經(jīng)典物理學(xué)的全新關(guān)聯(lián)形式。與經(jīng)典關(guān)聯(lián)不同，邏輯形式的量子關(guān)聯(lián)無(wú)需通過(guò)違背不等式來(lái)展現(xiàn)其獨(dú)特性，而是能夠更直觀地揭示出與經(jīng)典物理學(xué)的根本差異。這一特性吸引了全球科學(xué)界的廣泛關(guān)注。
早在1989年，Greenberger、Horne和Zeilinger（GHZ）三位科學(xué)家就首次預(yù)言了態(tài)依賴的邏輯形式量子關(guān)聯(lián)，并提出了著名的GHZ悖論。這一悖論揭示了量子力學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)在實(shí)驗(yàn)中四個(gè)條件概率組合的預(yù)言上存在的確定性矛盾。自此以后，邏輯形式量子關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度便與所使用的條件概率組合數(shù)量緊密相關(guān)，組合數(shù)越少，量子關(guān)聯(lián)便越強(qiáng)。
然而，自GHZ悖論提出以來(lái)的36年里，科學(xué)家們一直在努力尋找更強(qiáng)的邏輯形式量子關(guān)聯(lián)，卻始終未能取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。為了攻克這一難題，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地發(fā)展了圖論方法，專門用于研究邏輯形式關(guān)聯(lián)。通過(guò)深入搜索圖論常數(shù)，他們終于在37維空間中發(fā)現(xiàn)了僅使用三個(gè)條件概率組合的量子關(guān)聯(lián)，這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著邏輯形式量子關(guān)聯(lián)研究取得了重大突破。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證實(shí)，這三個(gè)條件概率組合已經(jīng)是最小的組合數(shù)量，無(wú)法再減少，從而證明了他們所觀測(cè)到的量子關(guān)聯(lián)是邏輯形式量子關(guān)聯(lián)的極限強(qiáng)度。為了驗(yàn)證這一發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)獨(dú)特的可擴(kuò)展光學(xué)體系，該體系基于直和空間編碼和時(shí)間維度復(fù)用技術(shù)，能夠?qū)⒏呔S空間中的制備-測(cè)量實(shí)驗(yàn)分解為多個(gè)低維空間中的實(shí)驗(yàn)。在這一體系中，他們以超過(guò)8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的置信度成功觀測(cè)到了高維空間下的邏輯形式量子關(guān)聯(lián)。
這項(xiàng)研究成果不僅為尋找其他形式的更強(qiáng)量子關(guān)聯(lián)提供了重要線索，而且所觀測(cè)到的量子關(guān)聯(lián)在量子計(jì)算和量子通信領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著量子技術(shù)的不斷發(fā)展，這一發(fā)現(xiàn)有望為未來(lái)的量子信息技術(shù)帶來(lái)革命性的變革。
