中國科大郭光燦院士團隊李傳鋒教授、許金時教授研究組與合作者發展了適合研究單體高維量子系統的可擴展光學體系，成功觀測到最強的邏輯形式量子關聯。李傳鋒、許金時等和數學科學學院馬杰教授等人，聯合安徽大學許振朋教授、北京玻色量子科技有限公司文凱博士、南開大學陳景靈教授等組成了該研究團隊。成果1月29日發表在國際知名期刊《科學·進展》（Science Advances）上，《新科學家》（New Scientist）雜志以“Experiment with 37 dimensions shows how strange quantum physics can be”為題報道本項成果。
量子力學允許出現超越經典物理學的關聯，其中邏輯形式的量子關聯無需違背不等式，能夠更明確地展示與經典關聯的不同，吸引了廣泛的關注。1989年，Greenberger, Horne 和Zeilinger (GHZ) 首次預言了態依賴的邏輯形式量子關聯，揭示了量子力學和經典物理學在實驗中四個條件概率組合的預言上出現確定性的矛盾，即著名的GHZ悖論。邏輯形式量子關聯的強度與所使用的條件概率組合的數量有關，條件概率組合數越少，量子關聯就越強。自GHZ結果發表36年以來，更強的邏輯形式量子關聯一直未取得進展。為了解決這一開放性問題，研究團隊發展了適用于邏輯形式關聯的圖論方法，通過搜索圖論常數，在37維空間中發現了僅使用三個條件概率組合的量子關聯，如圖1(A)所示。研究進一步表明，條件概率組合的數量已無法進一步減少，證明了該結果就是邏輯形式量子關聯的極限。
圖：(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) 實驗結果及相應的非互文隱變量模型(NCHV)理論預言結果。
為了觀察到高維空間中的量子關聯，研究團隊設計了一個基于直和空間編碼和時間維度復用的可擴展光學體系，可以將高維空間中的制備-測量實驗分解為多個低維空間中的實驗。團隊在該體系中以超過8個標準差的置信度，觀測到了高維空間下邏輯形式量子關聯，如圖1(B)所示。該研究將為尋找更強的其它形式量子關聯提供重要線索，同時實驗中所觀測到的量子關聯將在量子計算和量子通信領域發揮重要作用。
中國科學院量子信息重點實驗室已畢業的博士研究生劉正昊、孟雨和數學科學學院的博士研究生吳雨澤為論文共同第一作者。該工作得到了合肥國家實驗室、基金委、中國科學院、安徽省以及中國科學技術大學的資助。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abd8080
《新科學家》雜志報道鏈接：https://www.newscientist.com/article/2466110-experiment-with-37-dimensions-shows-how-strange-quantum-physics-can-be/
（中國科學院量子信息重點實驗室、物理學院、中國科學院量子信息和量子科技創新研究院、科研部）
本文鏈接：http://www.gxcspki.cn/news-8-788-0.html中國科大觀測到最強的邏輯形式量子關聯
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