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量子关联是中国科学技术大学观察到的最强的逻辑形式

研发家 | 2025-05-03

中国科学技术大学郭光灿院士团队教授李传锋和许金时研究小组与合作伙伴开发了适合研究单个高维量子系统的可扩展光学系统，并成功观察到最强的逻辑量子关联。研究成果于1月29日在科学进步中公布。

量子力学允许超越经典物理的联系，其中逻辑形式的量子联系不需要违反不等式，可以更清楚地显示出与经典联系的区别，引起广泛关注。1989年，Greenberger，Horne 和Zeilinger (GHZ) 第一次预测了状态所依赖的逻辑形式的量子关联，揭示了量子力学和经典物理在实验中四种条件概率组合的预测中的确定性差异，即著名的GHZ谬论。量子关联在逻辑形式中的强度与所采用的条件概率组合的数量有关。条件概率组合的数量越少，量子关联就越强。自GHZ结果公布36年以来，更强的逻辑形式量子关联尚未取得进展。

为了解决这一开放性问题，研究团队开发了一种适用于逻辑形式关联的图论方法。通过搜索图论常数，发现量子关联仅在37维空间中使用三个条件概率组合。研究进一步表明，条件概率组合的数量不能进一步减少，这证实了这一结果是逻辑形式量子关联的极限。

为了在高维空间中观察量子关联，研究团队设计了一个基于直接和空间代码以及时间维度重用的可扩展光学系统，该系统可以将高维空间中的制备测量测试分解为多个低维空间中的测试。在这个系统中，团队观察了高维空间下的逻辑量子关联，具有超过8个标准差的可信度。

研究人员表示，这项研究将为寻找更强大的量子关联方式提供重要线索，实验中观测到的量子关联将在量子计算和量子通信领域发挥重要作用。

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