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中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊(duì)在量子力學(xué)基本問(wèn)題研究中取得新進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、許小冶等人與來(lái)自歐洲的理論組合作，通過(guò)在量子測(cè)量中引入糾纏探針，實(shí)現(xiàn)了非局域可觀測(cè)量的馮·諾依曼(von Neumann)測(cè)量，并用來(lái)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證復(fù)合系統(tǒng)中有些情形下乘法規(guī)則會(huì)失效。該研究成果3月15日發(fā)表在期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。
 

　　量子測(cè)量是量子力學(xué)基本和核心的問(wèn)題，根據(jù)馮·諾依曼測(cè)量假定，量子測(cè)量會(huì)導(dǎo)致量子態(tài)坍縮到待測(cè)物理量的本征態(tài)。通常原始的量子測(cè)量又被稱作馮·諾依曼測(cè)量，以區(qū)別于后來(lái)提出的量子弱測(cè)量等概念。盡管量子理論從一開(kāi)始在形式上就包含非局域變量(和空間中多個(gè)區(qū)域有聯(lián)系的變量)，然而在量子理論建立后的很長(zhǎng)一段時(shí)間，非局域變量的地位并不明確。基于自然界中所有已知相互作用都是局域的這樣一種認(rèn)知，人們普遍相信沒(méi)有辦法直接測(cè)量非局域變量。這就使得人們不能像稱呼一些局域變量為可觀測(cè)量那樣簡(jiǎn)單地將一些非局域變量稱為非局域可觀測(cè)量。大約四十年前，沃爾夫獎(jiǎng)獲得者Aharonov及其合作者在系統(tǒng)研究量子場(chǎng)論的過(guò)程中指出，存在一些非局域變量是可以被直接測(cè)量的，且測(cè)量過(guò)程不會(huì)導(dǎo)致超光速的信號(hào)傳遞。
 

　　李傳鋒、許小冶等人通過(guò)在量子測(cè)量中引入糾纏探針，在光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了非局域可觀測(cè)量的馮·諾依曼測(cè)量。他們將兩個(gè)光子制備到偏振和路徑分別處于大糾纏態(tài)的一種超糾纏態(tài)上，再實(shí)現(xiàn)偏振和路徑間的相互作用，從而成功實(shí)現(xiàn)了利用處于糾纏態(tài)的路徑探針直接測(cè)量偏振自由度的非局域可觀測(cè)量?；谶@一非局域測(cè)量方案，研究組還進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證復(fù)合系統(tǒng)中有些情形下乘法規(guī)則會(huì)失效，即通過(guò)局域測(cè)量得到A光子泡利算符Xa的值為-1、B光子泡利算符Yb的值為-1，根據(jù)乘法規(guī)則XaYb應(yīng)該為1，然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果恰恰相反，非局域可觀測(cè)量XaYb的測(cè)量結(jié)果為-1，這就是量子非局域性的奇妙之處。
 

　　非局域可觀測(cè)量的測(cè)量不僅加深了人們對(duì)量子測(cè)量和量子非局域性等量子力學(xué)基本問(wèn)題的理解，還可在技術(shù)上用于量子隱形傳態(tài)、遠(yuǎn)程量子計(jì)算和量子密碼等重要量子信息過(guò)程，將會(huì)對(duì)量子信息領(lǐng)域的發(fā)展起到重要推動(dòng)作用。
 

　　該工作得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院、安徽省和博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃的資助。