Chińscy badacze przeprowadzili pierwszy pozbawiony luk test paradoksu Hardy’ego, dostarczając przekonujących dowodów na nielokalność kwantową i postępujący rozwój technologii kwantowej.
Zespół badawczy z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii (USTC) Chińskiej Akademii Nauk (CAS), kierowany przez prof. Jianwei Pan, Qiang Zhang i Kai Chen, we współpracy z CHEN Jingling z Uniwersytetu Nankai, osiągnął po raz pierwszy wolny od luk prawnych test paradoksu Hardy’ego. Zespołowi udało się wykazać nielokalność Hardy’ego, eliminując zarówno lukę w zakresie skuteczności wykrywania, jak i lukę dotyczącą lokalizacji. Ich ustalenia zostały opublikowane w Listy z przeglądu fizycznego jako sugestia redaktora.
Paradoks Hardy’ego, wprowadzony przez Luciena Hardy’ego w latach 90. XX wieku, oferuje uproszczony test lokalnego realizmu – klasycznej idei, że właściwości fizyczne istnieją niezależnie od obserwacji i że żaden sygnał nie przekracza prędkości światła. Paradoks ten obnaża konflikt między mechaniką kwantową a realizmem lokalnym, wykazując, że w pewnych warunkach, gdy trzy „zdarzenia Hardy’ego” mają zerowe prawdopodobieństwo, mechanika kwantowa przewiduje niezerowe prawdopodobieństwo czwartego zdarzenia, co jest sprzeczne z lokalnym realizmem.
Wyzwania związane z testowaniem paradoksu Hardy’ego
Eksperymentalne potwierdzenie paradoksu Hardy’ego jest trudne ze względu na niskie prawdopodobieństwo czwartego zdarzenia, wymagające wysokiej wierności i wydajności źródeł splątania, aby odróżnić go od szumu. Wcześniejsze eksperymenty napotykały dwa główne wyzwania: lukę w zakresie lokalizacji, w przypadku której wybory pomiarowe mogły mieć wpływ na wyniki, oraz lukę w zakresie skuteczności wykrywania wynikającą ze strat optycznych.
Zajmując się luką w zakresie lokalizacji, badacze skrupulatnie opracowali eksperymentalny układ czasoprzestrzenny, który zapewnił, że wybory pomiarowe były oddzielone jak przestrzeń, oddzielone zarówno od przygotowań stanu splątanego, jak i foton wykrycia. Konfiguracja ta wyklucza jakąkolwiek możliwość wpływu wyników pomiaru na ustawienia pomiaru, eliminując w ten sposób lukę lokalną.
Eliminowanie luk w zakresie lokalizacji i wydajności wykrywania
Aby zaradzić luce w zakresie skuteczności wykrywania, w badaniu zastosowano wysoką skuteczność wykrywania wynoszącą 82,2%, co znacznie łagodzi wpływ strat optycznych. Co więcej, integracja szybkich kwantowych generatorów liczb losowych w celu wyboru ustawień pomiaru wprowadziła element prawdziwej losowości, zabezpieczający przed jakąkolwiek potencjalną manipulacją ze strony lokalnych zmiennych ukrytych. Włączając do swojej analizy również niewykryte zdarzenia i zdarzenia wywołane podwójnym kliknięciem za pomocą udoskonalonej formy nierówności Hardy’ego, badacze skutecznie zamknęli lukę w efektywności wykrywania, prezentując solidne ramy eksperymentalne, które stanowią znaczący wkład w dziedzinę fizyki kwantowej.
Wreszcie eksperyment przeprowadzony przez sześć godzin wykazał silne naruszenie paradoksu Hardy’ego, z poziomem istotności do 5 odchyleń standardowych w 4,32 miliarda prób. Test hipotezy zerowej potwierdził, że prawdopodobieństwo wyjaśnienia wyników poprzez lokalny realizm jest mniejsze niż 10-16348dostarczając przekonujących dowodów na korzyść nielokalności kwantowej.
Badania te pogłębiają naszą wiedzę na temat mechaniki kwantowej i mają istotne implikacje dla rozwoju technologii kwantowych, takich jak kwantowa dystrybucja kluczy i kwantowa certyfikacja liczb losowych. Oznacza postęp w fizyce kwantowej, dostarczając nowych dowodów na nielokalność kwantową i torując drogę przyszłym kwantowym technologiom informacyjnym. Recenzenci badania bardzo pochwalili pracę, zauważając, że „wyniki eksperymentów wraz z ilościowymi dowodami przeciwko lokalnemu realizmowi są imponujące”.
Odniesienie: „Bez luk prawnych test lokalnego realizmu poprzez naruszenie Hardy’ego” autorstwa Si-Ran Zhao, Shuai Zhao, Hai-Hao Dong, Wen-Zhao Liu, Jing-Ling Chen, Kai Chen, Qiang Zhang i Jian-Wei Pan, 7 sierpień 2024, Listy z przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.060201
