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中国科大首次实现基于遥远星光的随机数产生

2017-05-31 10:51:19 来源:合肥微尺度物质科学国家实验室

  近日,中国科学技术大学潘建伟教授及其同事张强、范靖云等与清华大学、中国科学院国家天文台、中国极地研究中心研究组合作,在国际上首次实现基于探测遥远星光的随机数产生器, 并提出运用该随机数产生器实现无漏洞贝尔不等式实验检验的可行性方案。此项研究成果近日发表在国际物理学权威学术期刊《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett. 118, 140402(2017)]。

  随机性是自然界最基本的性质之一,在科学研究和现实生活如药物设计和信息加密等领域有着广泛的应用。相对于现有的随机数都产生于我们身边的物理设施,潘建伟团队基于星光从遥远天体到达地球时间的随机性,系统研究了利用距地从数百到数亿光年不同天体的星光实现高速生成随机数。实验结果表明,所有随机数都通过了随机统计检验。因为随机性产生于遥远星体,星光随机数对于基础物理研究有着极为重要的意义,特别是对于定域实在性的检验。

  定域性和实在性是经典物理学的两个重要理论基础。定域性指类空间隔的两个物理事件相对独立,实在性指物理系统的属性和物理测量过程相对独立。经典物理学定域实在性和量子力学非定域关联特性相违背。因而对于定域实在性的实验检验不仅是物理学,也是人类认知的一个根本问题。美国物理学家贝尔自上世纪60年代起,提出一个定域实在性实验检验的可行性方案(即贝尔不等式检验)。虽然过去大量物理实验结果都无一例外地支持量子力学,但是所有实验都存在着漏洞。经典物理学家利用这些漏洞,根据经典定域实在性理论可以完全解释实验结果。因此,实现无漏洞贝尔不等式的实验检验一直是国际上竞争最为激烈的挑战之一。

  近年来,国际物理学界在贝尔不等式实验检验上取得了重大进展。国际上四个不同团队先后完成了没有探测效率漏洞和没有定域性漏洞的贝尔不等式实验检验。然而,对于极具挑战性的自由意志漏洞(也称随机性漏洞)仍然没有实质性进展。针对这一问题,潘建伟团队利用星光随机性产生于遥远星体这一特点,设计并论证了在无漏洞贝尔不等式实验检验中运用星光随机数实现物理测量的自由选择,从而可以自实验前数亿年(108)或更早关闭自由意志漏洞和否定经典定域实在性理论。因为方案相对于现有实验结果(10-3毫秒)有大幅提高并切实可行,该工作被《物理评论快报》审稿人给予高度认可,评论为“这些结果令人钦佩,并且对该研究领域有重要贡献”(These results are impressive and significant contributions to the research field.),“实验结果是重要的,同时研究方法具有创新性”( The results are important and the methods are innovative sound)。

  该研究工作得到了中国科学院、科技部“973”项目、国家自然科学基金、教育部和国家天文台的支持。

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