【东大新闻网8月21日电】（通讯员 曲登科）近日，东南大学物理学院薛鹏教授团队在量子因果关系与不定因果序研究方面取得重要进展。研究团队基于纠缠光子和光子量子开关，构建了具有类空分离测量的实验场景，并实验观测到类贝尔因果不等式的显著违反，违反达到24个标准差。相关成果以“光量子开关中类贝尔因果不等式的实验违背”（Experimental violation of a Bell-like causal inequality in a photonic quantum switch）为题，发表于国际顶尖学术期刊《科学进展》（Science Advances）。

不定因果序是量子理论中特有的因果结构，其中不同量子操作的先后顺序可以处于相干叠加。量子开关是实现不定因果序的代表性方案，但已有实验验证通常依赖对实验装置的具体描述。相比之下，设备无关验证希望仅依据实验观测到的输入—输出统计关联判断因果结构，从而减少对器件模型的依赖。然而，标准量子开关本身不能违反通常意义上的因果不等式。近期提出的 VBC 协议通过引入类空分离的测量者，为利用类贝尔因果不等式检验量子开关中的不定因果序提供了新的理论途径。

针对这一问题，研究团队利用一对高质量偏振纠缠光子构建光子量子开关，并设置 Alice 1、Alice 2、Bob和 Charlie四个参与方。实验中，Bob和 Charlie 的测量装置相距约20米，两侧的测量设置由独立随机数发生器产生，并通过高速电光调制器实时切换，从而使相关测量事件满足空间样分离条件。在此基础上，研究团队测量了不同输入设置下的完整条件概率分布，并得到类贝尔因果不等式的实验值为 1.8090 ± 0.0024，超过确定因果序模型所允许的上界 1.75，对应 24 个标准差的违反。

图：光子量子开关实验中各参与方测量事件的时空关系示意图

该工作实现了设备无关不定因果序检验所需的若干关键实验要素，并在公平抽样假设和当前实验所实现的时空条件下，为排除具有固定因果序的隐藏变量模型提供了实验依据。类贝尔因果不等式的显著违反为不定因果序提供了进一步实验支持，并为未来实现完全无漏洞的设备无关量子因果检验奠定了基础。

本论文第一作者为东南大学曲登科副教授，通讯作者为东南大学薛鹏教授。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、江苏省基础研究计划以及北京凝聚态物理国家研究中心开放课题的支持。

论文链接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.aee9271

供稿：物理学院

（责任编辑：李心畅 审核：宋业春）