近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)所/中科院超導(dǎo)電子學(xué)卓越創(chuàng)新中心尤立星團(tuán)隊(duì)等合作，利用遙遠(yuǎn)星體產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，實(shí)現(xiàn)同時(shí)關(guān)閉探測(cè)效率漏洞和定域性漏洞的貝爾不等式檢驗(yàn)，向無(wú)漏洞的量子非定域性檢驗(yàn)邁出重要一步。此項(xiàng)研究成果以編輯推薦的形式在線發(fā)表于物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》[Phys. Rev. Lett. 121, 080404 (2018)]。

　　自量子力學(xué)誕生以來(lái)，包括愛(ài)因斯坦和玻爾在內(nèi)的量子力學(xué)奠基人對(duì)其物理基礎(chǔ)的爭(zhēng)論就不曾停止過(guò)，直到1964年，美國(guó)物理學(xué)家貝爾提出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)量子糾纏源進(jìn)行隨機(jī)關(guān)聯(lián)測(cè)量，通過(guò)其測(cè)量結(jié)果是否能夠破壞不等式（即貝爾不等式）即可判斷量子力學(xué)的基礎(chǔ)是否完備。憑此方案，人類(lèi)第一次可以從實(shí)驗(yàn)上檢驗(yàn)量子力學(xué)的基礎(chǔ)。在過(guò)去幾十年中，世界各國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)去檢驗(yàn)貝爾不等式，量子力學(xué)也經(jīng)受住了所有的檢驗(yàn)。然而必須要承認(rèn)的是，之前所有的實(shí)驗(yàn)都存在漏洞，物理學(xué)家完全可以利用這些漏洞，針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出符合經(jīng)典物理定域?qū)嵲谛岳碚摰慕忉尅?span lang="EN-US" style="font-size: 12pt; line-height: 200%">2015年，國(guó)際物理學(xué)界在無(wú)漏洞的貝爾不等式實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)上取得了重大進(jìn)展，國(guó)際上四個(gè)不同團(tuán)隊(duì)先后完成了關(guān)閉探測(cè)效率漏洞和關(guān)閉定域性漏洞的貝爾不等式實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。但是，控制測(cè)量的隨機(jī)數(shù)之間可能存在著關(guān)聯(lián)，以往的實(shí)驗(yàn)最多只能在實(shí)驗(yàn)前10^-5秒保證隨機(jī)數(shù)沒(méi)有關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)會(huì)導(dǎo)致新的漏洞，即自由選擇漏洞(freedom-of-choice loophole)。

　　今年初，潘建偉團(tuán)隊(duì)和尤立星團(tuán)隊(duì)及多個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)合作首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于人類(lèi)自由意志的貝爾不等式檢驗(yàn)，文章發(fā)表在《自然》[Nature 557, 212 (2018)]。本論文中，他們發(fā)展世界最優(yōu)收集效率的糾纏光源和高效星光隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生系統(tǒng)，利用11光年以外的星光產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，將自由選擇漏洞關(guān)閉時(shí)間提高了13個(gè)數(shù)量級(jí)，在同時(shí)關(guān)閉探測(cè)效率漏洞和定域性漏洞的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了量子力學(xué)的完備性。上海微系統(tǒng)所和賦同科技共同研發(fā)的高性能SNSPD系統(tǒng)在該實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮了不可替代的作用。

　　該研究工作得到了中科院、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高性能單光子探測(cè)技術(shù)”（2017YFA0304000）、國(guó)家自然科學(xué)基金及教育部等項(xiàng)目支持。

基于星光隨機(jī)數(shù)的貝爾不等式檢驗(yàn)系統(tǒng)示意圖