中国科学院潘建伟教授、张强教授和陈凯教授领导的中国科学技术大学研究团队与南开大学陈竞灵合作，取得了成果首次对哈代悖论进行无漏洞检验。该团队成功证明了 Hardy 的非定域性，弥补了检测效率漏洞和定域性漏洞。
量子力学与局域实在性的较量：突破性的无漏洞哈代悖论实验
量子世界的谜团
在探索现实世界的基本规律时，量子力学始终是一个充满神秘的领域，特别是它与“局域实在性”的冲突。局域实在性是一种认为物理事件仅受附近环境影响的观点，即一个地点的事件不应立即影响远处的另一个事件。然而，量子力学的纠缠现象和非局域性挑战了这一传统理念。最近，中国科学技术大学（中科大）团队在《物理评论快报》发表了一项研究，通过哈代悖论的无漏洞测试，进一步揭示了量子力学的非局域性特征。
局域实在性与贝尔定理
1964年，物理学家约翰·贝尔提出的贝尔定理指出，任何基于局域隐藏变量的理论都无法完全解释量子力学的所有现象。贝尔不等式成为实验测试的基础，如果违反这些不等式，就意味着量子纠缠和非局域性是存在的。尽管贝尔定理在理论上很清晰，但实验中一直面临诸多漏洞，主要是检测漏洞和局域性漏洞。
检测漏洞：如果实验中未能检测到所有纠缠粒子，会造成数据偏差，从而错误地显示量子非局域性。
局域性漏洞：当测量设备可能相互通信或测量设置不是独立随机选择时，会出现此类漏洞，使局域实在性的解释成为可能。
哈代悖论：验证量子世界的利器
1992年，物理学家卢西恩·哈代提出了一个特别简洁的量子场景，即哈代悖论。这个悖论展示了量子力学和局域实在性之间的冲突。在某些条件下，量子力学预测一个事件的概率非零，而局域实在性理论却认为该事件的概率应为零。哈代悖论因其简洁性成为验证局域实在性的有力工具，但它在实验中仍然容易受到漏洞的影响。
无漏洞Hardy悖论测试实验装置图。图片来源：赵思然等人
中国团队的突破性实验
为了应对哈代悖论测试中的漏洞，中科大研究团队在实验设计上做了创新。他们使用高检测效率（82.2%）的光子纠缠源，并确保量子态的保真度达到99.10%。同时，团队还利用高速量子随机数生成器来独立选择测量设置，避免了设备间的通信，从而解决了局域性漏洞。
实验中，研究人员生成了一对纠缠光子，将其分配到两个相距较远的地点。通过六小时的连续测试，他们观测到哈代悖论的强烈违背，违背概率为P=4.646×10−4，达到了五个标准差的显著性水平。这一结论来自43.2亿次试验，为量子非局域性提供了有力的统计证据。进一步的零假设检验表明，这一结果不能用局域实在性理论解释，其解释概率低于,为支持量子非局域性提供了令人信服的证据。
实验的意义与未来展望
哈代悖论的无漏洞测试代表了我们对量子世界认知的一次重要飞跃。通过解决实验中的主要挑战，中科大的研究团队不仅巩固了量子力学的理论基础，也为量子信息技术的应用奠定了基础。未来，这些实验成果将为量子加密、量子计算以及其他前沿量子技术的发展提供新的可能性。
此次实验的成功不仅为量子力学提供了新的证据，还表明了科学家们在探索自然规律中无畏挑战的精神。随着更多类似的实验在全球范围内展开，我们对现实世界的理解将不断深入，量子技术也将继续蓬勃发展。
参考文献：“通过哈代违反进行局域实在论的无漏洞测试”作者：赵思然、赵帅、董海浩、刘文钊、陈静灵、陈凯、张强和潘建伟，7 2024 年 8 月， 《物理评论快报》 。
DOI：10.1103/PhysRevLett.133.060201