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首例！中国科大郭光灿团队验证星型网络的量子非局域性
该成果4月14日发表在国际知名期刊《自然·通讯》上。
量子技术有望为计算、通信、传感和高精度测量等领域提供有趣的新方法；其中，一个正变得越来越有趣的分支是量子网络。
量子网络是通过一个给定的网络架构将遥远的量子设备相互连接的基础设施。连接可以包括量子通信通道或不同设备之间的纠缠粒子的分发。近年来，量子网络技术一直在快速发展，量子网络未来的潜在应用包括连接量子设备的量子互联网，这与长距离通信的量子中继器的发展密切相关。
然而，量子网络不仅具有技术意义。在过去的十年中，基于多个独立来源的纠缠粒子分发的网络已经成为研究基础物理的相关平台。
由独立的纠缠粒子源组成的网络连接着远方的用户，是一种快速发展的量子技术，也是一个越来越有希望的基础物理学试验台。在这里，研究团队通过展示全网络非临界性来解决其后经典特性的认证问题。全网络非局域性超越了网络中的标准非局域性，它证伪了任何至少有一个源是经典的模型，即使所有其他源只受无信号原则的限制。
最终，团队报告了在一个具有三个独立的光量子源和三个量子比特纠缠交换联合测量的星形网络中观察到的全网络非局域性。这一结果表明，在目前的技术条件下，超越双局域的全网络非局域性的实验观测是可能的。
其中，贝尔非局域性一直是量子信息领域的研究热点。
近年来，人们开始探索更复杂的包含多个独立源的量子网络中的非局域性。由于包含多个独立隐变量，量子网络中可以产生区别于传统贝尔非局域性的全新量子关联。其中Bilocal模型是最简单也是目前研究最多的量子网络，即两个独立纠缠源分配纠缠对到三个观测者，与纠缠交换的场景类似，中间节点接收到两个粒子并做贝尔基测量从而使整个网络产生非局域关联。
然而，此前定义的网络非局域性无法刻画整个网络中所有源的非经典性，多数情况下可以退化为标准贝尔不等式的违背，且中间节点不需要采用纠缠测量。因此，物理学家们提出全网络非局域性(Full network nonlocality)的概念，它要求网络中所有源都分发非经典资源，能够用来认证网络中全连接的非经典性质。目前，全网络非局域性只在最简单的bilocal模型中进行了检验。
在本工作中，研究组分别在理论与实验上实现突破，成功验证了更复杂的星形网络中的全网络非局域性。理论上，研究组在仅使用独立源(Independence)和无信号(No-signaling)原理而不要求网络遵循量子力学原理的条件下，提出了新的全网络非局域性判据。实验上，研究组利用高品质“三明治”型纠缠光源，搭建了具有三个外围节点的星形网络，并且在中心节点实现了高品质的Greenberger–Horne–Zeilinger态投影测量（如图所示）。
最终，实验结果以超过10个标准偏差的水平违背了全网络非局域性判据。这是全网络非局域性在复杂网络中的首次验证，对大规模量子网络的应用，尤其在量子通信协议安全性保证方面具有重要意义。
参考链接：[1]https://news.ustc.edu.cn/info/1055/82499.htm[2]https://www.nature.com/articles/s41467-023-37842-w#Fig3
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