中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組將高維糾纏光子的總體探測效率提升到71.7%，從而實(shí)現(xiàn)了無探測漏洞的高維貝爾不等式檢驗(yàn)。該成果日前發(fā)表在國際知名期刊《物理評論快報(bào)》上。

非局域性是量子力學(xué)和量子信息科學(xué)的重要基礎(chǔ)。隨著貝爾不等式的提出，人們可以在試驗(yàn)上檢驗(yàn)量子非局域性。由于試驗(yàn)裝置的不完美，絕大多數(shù)試驗(yàn)都存在漏洞，其中廣受關(guān)注的漏洞包括探測漏洞和局域性漏洞等。2015年，科學(xué)家們首次在二維糾纏體系中同時(shí)關(guān)閉了探測漏洞和局域性漏洞，并以此為基礎(chǔ)發(fā)展出了各種設(shè)備無關(guān)的量子信息任務(wù)。

相比二維量子糾纏而言，高維量子糾纏在信道容量、安全性及抗噪能力上都具有明顯優(yōu)勢，因此實(shí)現(xiàn)無漏洞的高維貝爾不等式檢驗(yàn)并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)設(shè)備無關(guān)的高維量子信息任務(wù)是目前量子信息領(lǐng)域亟需發(fā)展的重要方向。

研究組在高維糾纏光子的探測效率方面取得突破，實(shí)現(xiàn)了無探測漏洞的高維貝爾不等式檢驗(yàn)。研究組采用波長775 nm 的激光泵浦beamlike 切割的非線性晶體得到波長1 550 nm 的糾纏光子，這種切割方式可以有效增大糾纏光子的收集效率，并采用了透過率達(dá)到99%的濾波裝置和探測效率90%的超導(dǎo)單光子探測器，并且所有光學(xué)元件的基片都采用了在1 550 nm 吸收率極低的光學(xué)玻璃，由此最終實(shí)現(xiàn)了總體探測效率達(dá)71.7%的四維糾纏光子態(tài)，該探測效率遠(yuǎn)高于關(guān)閉四維貝爾不等式探測漏洞所需的閾值61.8%，同時(shí)四維糾纏光子態(tài)的保真度達(dá)到了99.5%。通過合理選擇參數(shù)，研究組在國際上首次實(shí)現(xiàn)了無探測漏洞的高維貝爾不等式檢驗(yàn)。

該成果為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)同時(shí)關(guān)閉探測漏洞和非局域性漏洞的高維貝爾不等式檢驗(yàn)及設(shè)備無關(guān)的高維量子通信過程奠定重要基礎(chǔ)。