上海微系统所超导纳米线单光子探测器应用于基于星光随机数的贝尔不等式检验
文章来源：上海微系统与信息技术研究所 | 发布时间：2018-09-04 | 【】 【】
近日，中国科学技术大学潘建伟团队与中科院上海微系统所/中科院超导电子学卓越创新中心尤立星团队等合作，利用遥远星体产生随机数，实现同时关闭探测效率漏洞和定域性漏洞的贝尔不等式检验，向无漏洞的量子非定域性检验迈出重要一步。此项研究成果以编辑推荐的形式在线发表于物理学期刊《物理评论快报》[phys. rev. lett. 121, 080404 (2018)]。
自量子力学诞生以来，包括爱因斯坦和玻尔在内的量子力学奠基人对其物理基础的争论就不曾停止过，直到1964年，美国物理学家贝尔提出了一个实验方案，对量子纠缠源进行随机关联测量，通过其测量结果是否能够破坏不等式（即贝尔不等式）即可判断量子力学的基础是否完备。凭此方案，人类第一次可以从实验上检验量子力学的基础。在过去几十年中，世界各国的科研团队进行了大量的实验去检验贝尔不等式，量子力学也经受住了所有的检验。然而必须要承认的是，之前所有的实验都存在漏洞，物理学家完全可以利用这些漏洞，针对实验结果给出符合经典物理定域实在性理论的解释。2015年，国际物理学界在无漏洞的贝尔不等式实验检验上取得了重大进展，国际上四个不同团队先后完成了关闭探测效率漏洞和关闭定域性漏洞的贝尔不等式实验检验。但是，控制测量的随机数之间可能存在着关联，以往的实验最多只能在实验前10-5秒保证随机数没有关联，这种关联会导致新的漏洞，即自由选择漏洞(freedom-of-choice loophole)。
今年初，潘建伟团队和尤立星团队及多个国际团队合作首次实验实现了基于人类自由意志的贝尔不等式检验，文章发表在《自然》[nature 557, 212 (2018)]。本论文中，他们发展世界最优收集效率的纠缠光源和高效星光随机数产生系统，利用11光年以外的星光产生随机数，将自由选择漏洞关闭时间提高了13个数量级，在同时关闭探测效率漏洞和定域性漏洞的基础上，验证了量子力学的完备性。上海微系统所和赋同科技共同研发的高性能snspd系统在该实验中发挥了不可替代的作用。
该研究工作得到了中科院、科技部重点研发计划“高性能单光子探测技术”（2017yfa0304000）、国家自然科学基金及教育部等项目支持。
基于星光随机数的贝尔不等式检验系统示意图
