大皖新聞訊  日前，中國科學技術大學郭光燦院士團隊在量子網絡非局域性研究方面取得重要進展。該團隊李傳鋒、黃運鋒、張超等人與西班牙、瑞士等國的理論物理學家合作，首次實驗驗證了星形量子網絡中的全網絡非局域性。該成果4月14日發表在國際知名期刊《自然·通訊》上。

貝爾非局域性一直是量子信息領域的研究熱點。近年來，人們開始探索更復雜的包含多個獨立源的量子網絡中的非局域性。由于包含多個獨立隱變量，量子網絡中可以產生區別于傳統貝爾非局域性的全新量子關聯。其中Bilocal模型是最簡單也是目前研究最多的量子網絡，即兩個獨立糾纏源分配糾纏對到三個觀測者，與糾纏交換的場景類似，中間節點接收到兩個粒子并做貝爾基測量從而使整個網絡產生非局域關聯。然而，此前定義的網絡非局域性無法刻畫整個網絡中所有源的非經典性，多數情況下可以退化為標準貝爾不等式的違背，且中間節點不需要采用糾纏測量。因此，物理學家們提出全網絡非局域性（Full network nonlocality）的概念，它要求網絡中所有源都分發非經典資源，能夠用來認證網絡中全連接的非經典性質。目前，全網絡非局域性只在最簡單的bilocal模型中進行了檢驗。

在本工作中，研究組分別在理論與實驗上實現突破，成功驗證了更復雜的星形網絡中的全網絡非局域性。理論上，研究組在僅使用獨立源（Independence）和無信號（No-signaling）原理而不要求網絡遵循量子力學原理的條件下，提出了新的全網絡非局域性判據。實驗上，研究組利用高品質“三明治”型糾纏光源，搭建了具有三個外圍節點的星形網絡，并且在中心節點實現了高品質的Greenberger–Horne–Zeilinger態投影測量（如圖所示）。實驗結果以超過10個標準偏差的水平違背了全網絡非局域性判據。這是全網絡非局域性在復雜網絡中的首次驗證，對大規模量子網絡的應用，尤其在量子通信協議安全性保證方面具有重要意義。

星形量子網絡示意圖和實驗裝置圖。

文章共同第一作者為中科院量子信息重點實驗室博士研究生王寧寧，西班牙數學科學研究所Alejandro Pozas-Kerstjens博士。該工作得到了國家自然科學基金委、中科院和安徽省的資助。

大皖新聞記者 陳牧

編輯 張大為