中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、許金時(shí)研究組與數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院教授馬杰等，發(fā)展了適于研究單體高維量子系統(tǒng)的可擴(kuò)展光學(xué)體系，觀測到最強(qiáng)的邏輯形式量子關(guān)聯(lián)。1月29日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。《新科學(xué)家》（New Scientist）報(bào)道了這一成果。

量子力學(xué)允許出現(xiàn)超越經(jīng)典物理學(xué)的關(guān)聯(lián)。其中，邏輯形式的量子關(guān)聯(lián)無需違背不等式，能夠更明確地展示與經(jīng)典關(guān)聯(lián)的不同。1989年，Greenberger、Horne和Zeilinger（GHZ）首次預(yù)言了態(tài)依賴的邏輯形式量子關(guān)聯(lián)，揭示了量子力學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)在實(shí)驗(yàn)中四個條件概率組合的預(yù)言上出現(xiàn)確定性的矛盾，即GHZ悖論。邏輯形式量子關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度與所使用的條件概率組合的數(shù)量有關(guān)，條件概率組合數(shù)越少，量子關(guān)聯(lián)就越強(qiáng)。自GHZ結(jié)果發(fā)表以來，更強(qiáng)的邏輯形式量子關(guān)聯(lián)未取得進(jìn)展。

為解決這一開放性問題，該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了適用于邏輯形式關(guān)聯(lián)的圖論方法，通過搜索圖論常數(shù)，在37維空間中發(fā)現(xiàn)了僅使用三個條件概率組合的量子關(guān)聯(lián)。同時(shí)，研究顯示，條件概率組合的數(shù)量已無法進(jìn)一步減少，證明這一結(jié)果是邏輯形式量子關(guān)聯(lián)的極限。

為觀察高維空間中的量子關(guān)聯(lián)，該研究設(shè)計(jì)了基于直和空間編碼與時(shí)間維度復(fù)用的可擴(kuò)展光學(xué)體系，可以將高維空間中的制備-測量實(shí)驗(yàn)分解為多個低維空間中的實(shí)驗(yàn)。研究在這一體系中以超過8個標(biāo)準(zhǔn)差的置信度，觀測到高維空間下邏輯形式量子關(guān)聯(lián)。

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（A）包含三個條件概率組合的GHZ型悖論中互斥事件的圖表示；（B）實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相應(yīng)的非互文隱變量模型理論預(yù)言結(jié)果

上述研究將為尋找更強(qiáng)的其他形式量子關(guān)聯(lián)提供重要線索。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)觀測到的量子關(guān)聯(lián)有望在量子計(jì)算和量子通信領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院及安徽省的支持。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abd8080