科學家實現設備無關的真多體糾纏檢驗

如果把多體系統任意分成兩部分，這兩部分之間都存在糾纏，則多體系統的這種性質就是真多體糾纏。真多體糾纏是量子糾纏的最強存在形式，是實現量子信息過程的重要資源。檢驗多體系統的真糾纏性質，通常需要預先知道系統的維度，并保證測量設備可精確實現各種測量。然而真實物理系統有可能存在難以獲知的自由度，并且實際測量設備的誤差也會造成誤判。要解決這些困難，原則上可以采用設備無關的測量，在不對系統做任何假設的前提下，只分析測量結果對Bell不等式的違背，就可以對系統的糾纏性質做出檢驗。然而受限于構造多體Bell不等式的困難，對任意真多體糾纏系統進行設備無關的檢驗仍然是一個亟待解決的難題。

研究組通過解析多體系統的內部結構，分別劃定最小的連通集合和完全的連通集合，進而把兩體Bell不等式應用于多體糾纏系統的檢驗。這種方法僅使用常規的CHSH型兩體Bell不等式即可實現對任意規模和任意形式的真多體糾纏的檢驗，并可度量多體糾纏中真多體糾纏的權重。研究組利用四光子進行實驗研究，實驗結果表明完全的連通集合對于噪聲有很好的抵抗能力，而最小的連通集合在具有對噪聲的魯棒性同時還可以達到更高的效率，即測量裝置的數目不會隨系統規模指數增長。實驗對多種重要形式的多體糾纏態進行了檢驗，兩種連通集合的測量結果都可以證明真多體糾纏的存在，并估計其中真多體糾纏的權重。

更重要的是，研究組在實驗上對一種極弱的糾纏態進行了檢驗，這種糾纏態被證明無法違背標準的多體Bell不等式，所以在此之前難以通過設備無關的方法判定其真糾纏特性。而在研究組采用新的結構解析方法的實驗中，這種弱糾纏態超越了局域判據，被證實存在真多體糾纏。