无漏洞哈迪悖论测试实验设备图。图片来源：Si-Ran Zhao et.al

一个研究团队首次实现了哈代悖论的无漏洞检验。该团队成功地证明了 Hardy 的非局域性，同时填补了检测效率漏洞和局域漏洞。

他们的研究结果作为“编辑的建议”发表在《物理评论快报》上。该团队包括来自中国科学院 （CAS） 中国科学技术大学 （USTC） 的成员，由潘建伟教授、张强教授和陈凯领导，与南开大学的陈静玲合作。

哈代悖论由 Lucien Hardy 在 1990 年代提出，它提供了对局部实在性的简化测试——即物理特性独立于观察而存在，并且没有信号超过光速的经典观点。这个悖论揭示了量子力学和局部现实主义之间的冲突，它证明了在三个“哈代事件”概率为零的某些条件下，量子力学预测了第四个事件的非零概率，这与局部现实主义相矛盾。

由于第四个事件的概率较低，因此通过实验证实哈代悖论具有挑战性，需要纠缠源的高保真度和高效率才能将其与噪声区分开来。之前的实验面临两个主要挑战：局部漏洞（测量选择可能会影响结果）和检测效率漏洞（由于光学损失）。

为了解决局域漏洞，研究人员精心设计了一个时空实验装置，以确保测量选择是类似空间的，与纠缠态准备和光子探测分开。这种配置排除了测量设置受结果影响的任何可能性，从而消除了局部性漏洞。

为了解决检测效率漏洞，该研究采用了 82.2% 的高检测效率，这大大减轻了光损失的影响。此外，用于选择测量设置的高速量子随机数生成器的集成引入了真正的随机性元素，可以防止局部隐藏变量的任何潜在操纵。

通过哈代不等式的改进形式，研究人员还将未检测到的事件和双击事件纳入他们的分析中，有效地填补了检测效率漏洞，提出了一个强大的实验框架，对量子物理学领域做出了重大贡献。

最后，这个超过 6 小时的实验证明了对哈代悖论的强烈违反，在 43.2 亿次试验中，显著性水平高达 5 个标准差。原假设检验证实，通过局部现实主义解释结果的概率小于 10-16348，提供了支持量子非局域性的令人信服的证据。

这项研究加深了我们对量子力学的理解，并对量子密钥分发和量子随机数认证等量子技术的发展具有重要意义。它标志着量子物理学的进步，为量子非局域性提供了新的证据，并为未来的量子信息技术铺平了道路。

更多信息：Si-Ran Zhao et al， Loophole-Free Test of Local Realism via Hardy's Violation， Physical Review Letters （2024）.DOI：10.1103/PhysRevLett.133.060201。在 arXiv 上：DOI： 10.48550/arxiv.2401.03505

期刊信息： Physical Review Letters ， arXiv