高能物理中的Bell不等式

评述了在高能物理中检验量子力学的完备性, 特别是检验Bell不等式的研究工作进展情况, 简略地介绍了Einstain, Podolsky和Rosen (EPR)佯谬及其相应的光子实验得到的结果. 概括地阐述了在高能物理中早期利用粒子衰变中的自旋关联以及后来用中性介子的混合形成的准自旋纠缠态检验Bell不等式的各种尝试, 给出了K⁰和B⁰系统的相关实验结果. 介绍了一种可在φ工厂中实施实验检验的, 基于非最大纠缠态的新的方案. 最后还讨论了把这一实验方案推广到τ-粲工厂的可能性.     

基于量子相干性的四体贝尔不等式构建

贝尔不等式在定域性和实在性的双重假设下,对于被分隔的粒子同时被测量时其结果的可能关联程度建立了一个严格的限制,违反贝尔不等式确保量子态存在纠缠.本文利用量子相干性的l1和相对熵测度构建了四体量子贝尔不等式,发现一般实系数Greenberger-Horne-Zeilinger纯态和簇纯态总是违反四体相对熵相干性测度贝尔不等式,因此违反四体相对熵相干性测度贝尔不等式的这些态是纠缠态.     

浅谈量子力学中观察方法的问题

描述了量子力学中的观测方法, 其中包括测不准原理、 贝尔不等式、 薛定谔之猫, 最后给出了测不准原 理的一个区间, 也许会对量子力学的观测方法的完备性有一些进展. 量子力学的观测问题从一开始就存在, 直到量 子力学发展的全盛时期, 它的完备性也是研究量子力学的物理学家争论最多的问题, 文章就这些问题做出描述, 以 及一些对观测方法的新观点     

Testing Bell inequality at experiments of high energy physics

Besides using the laser beam, it is very tempting to directly testify the Bell inequality at high energy experiments where the spin correlation is exactly what the original Bell inequality investigates. In this work, we follow the proposal raised in literature and use the successive decays J/ψ →γηc→ ∧∧ → pπ^- pπ^＋ to testify the Bell inequality. Our goal is twofold, namely, we first make a Monte-Carlo simulation of the processes based on the quantum field theory （QFT）. Since the underlying theory is QFT, it implies that we pre-admit the validity of quantum picture. Even though the QFT is true, we need to find how big the database should be, so that we can clearly show deviations of the correlation from the Bell inequality determined by the local hidden variable theory. There have been some critiques on the proposed method, so in the second part, we suggest some improvements which may help to remedy the ambiguities indicated by the critiques. It may be realized at an updated facility of high energy physics, such as BES III.     

走近量子纠缠系列之六 纠缠态及实验

在谈到实验之前,还得顺便提一句,我们在此系列文章中,所谈到的量子纠缠以及推导贝尔不等式的过程,用的都是EPR佯谬简化了的波姆版。也就是说,我们使用了两个不同的自旋(上↑和下↓)来表述量子态,这使得问题叙述起来简化很多,因为在这种只有两个离散变量的情况下,单个粒子     

从贝尔不等式到量子信息"热"

介绍了贝尔不等式的建立及20世纪70年代以来对它的实验验证．对贝尔不等式与量子力学基本解释的关系的深入研究,加速了“纠缠态”及其品性的发现,推动了量子信息“热”的兴起。     

贝尔不等式的量子违背及其实验检验——兼议2022年诺贝尔物理学奖

2022年诺贝尔物理学奖授予法国、美国和奥地利的三位科学家阿兰·阿斯佩、约翰·弗朗西斯·克劳泽和安东·塞林格,以表彰他们利用纠缠光子实验检验贝尔不等式以及在开拓量子信息科学方面做出的卓越贡献。贝尔不等式在量子力学基本问题和量子信息研究中都有着不可或缺的地位,它的违背直接揭示了量子力学的基本特征——量子非定域性。文章在讲清楚基本科学概念的基础上,简要介绍了贝尔不等式理论的建立及验证其违背的实验研究的科学历程。为了解决EPR佯谬,基于玻姆的定域隐变量理论,约翰·贝尔提出了关于纠缠态上的关联测量满足的基本不等式——贝尔不等式。他还发现,量子力学关于关联的计算结果违背贝尔不等式,可以在类空距离上展现出“鬼魅”的长程量子关联。这种长程关联看似有超光速的“超距作用”,但这只是人们明显或潜在地使用了“波包塌缩假设”。EPR文章明显地采用这个假设推断远方客体共存的物理实在要素,由此对量子力学完备性提出质疑。文章评述了阿斯佩、克劳泽和塞林格荣获诺贝尔物理学奖的关于贝尔不等式违背的判定性实验,介绍了华人物理学家在纠缠态和贝尔不等式研究方面的基础性贡献,包括早年吴健雄利用正负电子湮灭产生EPR光子的先驱性实验,李政道和杨振宁关于产生两个中性K介子K⁰—${\\rm{\\bar K}}$⁰形成EPR态的建议,史砚华、欧泽宇、彭堃墀等利用非线性光学晶体,包括陈创天等人发现的非线性光学晶体,产生纠缠光子对的原创性工作。     

量子纠缠和贝尔不等式及其在量子信息处理中的应用

1964年,爱尔兰数学家约翰·贝尔(John Bell)根据隐变量理论推导出了2个粒子系统的测量结果应该满足的不等式关系和所涉及的测量基本逻辑.法国科学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)、美国科学家约翰·克劳泽(John Clauser)和奥地利科学家安东·蔡林格(Anton Zeilinger)分别从实验上证伪了该不等式.贝尔不等式的证伪宣告了隐变量理论的终结,展示了量子纠缠的奇特性质.为表彰他们在“纠缠光子实验、验证违反贝尔不等式和开创量子信息科学”方面所做出的贡献,瑞典皇家科学院将2022年诺贝尔物理学奖授予这3位科学家.本文概述了量子纠缠的概念和贝尔不等式的推导,介绍了2022年诺贝尔物理学奖获得者的代表性研究工作,并展示了量子技术的可能应用.     

2022年诺贝尔物理学奖的科学内涵辨识

2022年的诺贝尔物理学奖,被一些人误解为证明了量子纠缠现象。实际上,包括爱因斯坦本人都承认量子纠缠,关键在于如何诠释。今年诺贝尔物理学奖的价值在于这几位物理学家以无可争辩的实验事实,证明了基于定域隐变量的贝尔不等式是不对的。目前的一些介绍文字,没有认真解释量子力学在理论上是如何批驳贝尔不等式的,同时虽对量子纠缠的物理价值多有阐述,但对其哲学意义却鲜有评述,对社会上滥用纠缠概念缺少直接批判和阐释。文章希望在这两方面有所补充。     

量子力学佯谬及第二次量子革命

文章介绍了三个著名的量子力学佯谬,分别是有关量子力学与定域实在性、语境实在性,以及宏观实在性三者之间的关系。这三个佯谬对应三个思想实验,后来又发展出由隐变量理论和实在性推导出的不等式,这些不等式可以定量地判断量子力学和这些实在性之间的关系,使得纠缠等量子力学特性成为可以被真实探测和利用的资源,被广泛应用于量子保密通信、量子隐形传态、量子计算等任务中。量子信息理论的出现,进一步带动了量子通信、量子计算和量子传感等高新技术领域的产生和发展,开启了“第二次量子革命”     

Generation of Multi-atom Entanglement of Greenberger-Horne-Zeilinger and W States in Cavity QED

A method to prepare multi-particle entanglement of Greenberger-Horne-Zeilinger-type and W-type is proposed through the interaction between the cavity and many atoms simultaneously . After suitable interaction, the selected measurements on the cavity field can create the entangled atomic states. These entangled states can be useful for quantum information manipulation and fundamental study of quantum theory. These states that violate the Bell‘s inequality are proven.     

随时间变化磁场中自肇1／2粒子的演化和几何相因子

利用不变量理论研究了自旋１／２粒子在一类较普遍的随时间变化的磁场中的演化问题，并对此类系统的几何相因了仔细的讨论。     

内禀退相干下Tavis-Cummings模型中原子的纠缠演化与贝尔不等式破坏

通过求解系统的Milburn方程，研究了两个二能级原子和单模场相互作用系统中原子间纠缠和贝尔不等式破坏随时间的演化特性，讨论了偶极相互作用、场与原子的失谐量对纠缠度以及贝尔不等式破坏的影响.结果表明：原子间偶极-偶极相互作用对纠缠度和贝尔不等式破坏有显著影响，失谐量增大会使两原子的纠缠度和贝尔不等式破坏变大，并且两原子所能达到稳定的纠缠受偶极相互作用系数与失谐量两者之差的影响.同时还发现两原子的纠缠与贝尔不等式破坏并不是单调的函数关系，很小的纠缠也可以产生贝尔不等式破坏. 关键词： Milburn理论 偶极-偶极相互作用 失谐量 贝尔不等式破坏     

Rotational Deformation of Neutron Stars

The rotational deformations of two kinds of neutron stars are calculated by using Hartle‘s slow-rotation formulism. The results show that only the faster rotating neutron star gives an obvious deformation. For the slow rotating neutron star with a period larger than hundreds of millisecond, the rotating deformation is very weak.     

Helicity Amplitude Analysis of ηc Decays into Hyperon-Antihyperon Pairst

The helicity amplitudes for the processes of e^＋e^- →J/ψ→γηc→γYY（Y： hyperon） are presented, together with the joint angular distributions for ηc decays into ∧∧,∑^0 ∑^0, and [1]-[1]＋. The sensitivities to measure the hyperon decay parameters in these decays are evaluated based on the helicity amplitudes. The prospects to test the Bell inequality in experiment using the decay of ηc→∧∧ are discussed.     

Construction of GHZ-Like States for a Three-Particle （Spin 1／2） System

As the simultaneous eigenstates of a complete set of commuting observables (CSCO) consisting of three-body operators of the form σασ2βσ3γ, the construction of entangled states for a three-particle system is investigated. It is shown that there exist 54 different sets of operators (each containing four commuting three-body operators with the irproduct being -1) and any three members of each set constitute a CSCO. It is found that 54 different sets of maximally entangled states can be constructed, including the usual GHZ (Greenberg-Horne-Zeilinger) state as a special case. Once a preferential representation is adopted, all of them can be expressed as a GHZ-like form. Moreover, there also exist 18 sets of partially entangled states, where only two particles are entangled.     

Experimental Non-Local Generation of Entanglement from Independent Sources

We experimentally demonstrate a non-local generation of entanglement from two independent photonic sources in an ancilla-free process. Two bosons （photons） are entangled in polarization space by steering into a novel interferometer setup, in which they have never met each other. The entangled photons are delivered to polarization analyzers in different sites, respectively, and a non-local interaction is observed. Entanglement is further verified by the way of the measured violation of a CHSH type Bell＇s inequality with S-values of 2.54 and 27 standard deviations. Our results will shine a new light onto the understanding of how quantum mechanics works, have possible philosophic consequences on the one hand and provide an essential element for quantum information processing on the other hand. Potential applications of our results are briefly discussed.