研究人员观察到单一系统中最强的量子背景

中国科学院中国科学技术大学李传峰教授、徐金石教授团队与南开大学陈敬灵教授、塞维利亚大学Adán Cabello教授合作，研究了多分贝尔非定域性的单系统版本，观测到了单系统中最高程度的量子关联性。他们的工作发表在《物理评论快报》上。

量子语境性是指量子可观测量的测量不能简单地被认为揭示了预先存在的属性的现象。它是量子力学的一个显着特征，也是量子计算的重要资源。语境性违背了非语境性隐变量理论，并且与量子非定域性密切相关。

在多部分系统中，量子非局域性是量子上下文性和非上下文性隐变量理论之间矛盾的结果。非局域性的程度可以通过违反贝尔不等式来测量，之前的研究表明，违反贝尔不等式的程度随着涉及的量子比特数呈指数增长。然而，虽然与多部分系统相比，单粒子高维系统提供了更多的测量可能性，但增强上下文相关性的鲁棒性仍然是一个持续的挑战。

为了观察单粒子系统中更强大的量子关联性，研究人员采用了图论方法来处理量子相关性。他们将非定域相关性中使用的测量之间的交换关系与排他性图相关联，然后在单个高维系统中寻找与该图具有同构交换关系的另一组测量。这种方法使用图参数完全量化量子相关性的非经典属性。

研究人员发现，使用上述方法将 Mermin-Ardehali-Belinskii-Klyshko (MABK) 贝尔不等式转化为非上下文不等式后，最大违规量相同，但所需的希尔伯特空间维数相比原始贝尔不等式的维数更小。进一步的研究表明，这种上下文集中的现象，即上下文从非局域相关性转变为单粒子高维相关性，在该团队先前发现的一类非局域相关性中被广泛观察到。

在实验中，研究人员开发了一种空间光调制技术，在基于光子空间模式编码的七维量子系统中实现高保真量子态制备和测量。

通过确保初始测量和后续测量之间的干扰最小，他们观察到从三方 MABK 不等式得出的非上下文不等式中存在超过 68 个标准差的违规情况。量子违规值与经典极限的比值达到0.274，创下单粒子关联性实验中最高比值的新纪录。

量子关联性集中的发现不仅为观察更多量子相关性奠定了基础，而且有可能推动量子计算在各种物理系统中的实现。