中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、柳必恒研究组与合作者使用超纠缠实现基于对称联合测量的纠缠交换，并研究了双局域贝尔不等式和全量子网络非局域性。相关成果日前发表于《物理评论快报》。
贝尔非局域是量子力学和量子信息科学的重要基础。近十多年来，对非局部性的研究不再局限于两体问题，而是转向更复杂的结构。这类实验涉及多个独立的纠缠源，实验中将这些纠缠源进行多方分发和纠缠测量并最终形成非局域量子网络。由于量子网络所展示的非局域性突破了传统贝尔实验的框架，因此在理论和实验上均存在巨大挑战。
目前，实验上连接独立纠缠源的纠缠测量主要是利用标准的贝尔态测量。对称联合测量是一类重要的纠缠测量，与贝尔态测量有着本质上的不同。它具有对称性，可以作为一种量子信息资源进行利用。任意的对称联合测量需要控制非门和控制相位门的级联操作，这给只能概率性实现不同光子间的控制门的线性光学量子网络带来非常大的挑战。
实验中，研究组首先制备出一个超纠缠对，产生的两个光子的态分别在偏振自由度和路径自由度上存在纠缠。然后，他们在同一个光子的偏振自由度和路径自由度上通过一个通用量子线路来实现任意的对称联合测量。由于同一个光子的不同自由度之间可以实现确定性的控制门，研究组自行设计的偏振—路径交换装置实现了任意的对称联合测量。实验结果表明，该对称联合测量的保真度达到了97.4%。
研究组利用对称联合测量实现了纠缠交换，并研究了双局域贝尔不等式和全量子网络非局域性，实验结果展示了与标准贝尔态测量的非局域量子网络完全不同的性质。
该成果证明了不同的纠缠测量会构造出不同优势的非局域量子网络，为构建不同结构的非局域量子网络提供了一种技术路线。（见习记者 王敏）
