2025年7月10日，上海交通大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院麻志浩教授研究團(tuán)隊(duì)在物理學(xué)頂級(jí)期刊《Physical Review Letters》上發(fā)表題為“Experimental Characterization of Quantumness Using the Uncertainty Principle, Coherence, and Nonlocality”的論文。該團(tuán)隊(duì)由上海交通大學(xué)麻志浩教授、西南交通大學(xué)羅明星教授、首都師范大學(xué)費(fèi)少明教授及電子科技大學(xué)王子竹教授組成。團(tuán)隊(duì)首次從理論與實(shí)驗(yàn)兩方面以統(tǒng)一框架成功驗(yàn)證了量子不確定性原理、量子相干性與量子非定域性，在量子物理基礎(chǔ)研究中取得重要突破。

量子力學(xué)體系蘊(yùn)含諸多非經(jīng)典特性：海森堡不確定性原理限制了對(duì)不相容物理量的同時(shí)精確測(cè)量、量子相干性反映了量子態(tài)的疊加能力、量子非定域性體現(xiàn)了遙遠(yuǎn)粒子之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)。盡管這些量子特性已分別獲得廣泛實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并在量子計(jì)算、量子通信等量子信息技術(shù)應(yīng)用中起到關(guān)鍵的作用，但它們之間的內(nèi)在聯(lián)系長(zhǎng)期以來(lái)缺乏系統(tǒng)性的統(tǒng)一描述。隨著量子信息領(lǐng)域快速發(fā)展，如何協(xié)同理解與利用這些量子資源已成為該研究領(lǐng)域的關(guān)鍵性問(wèn)題。

研究團(tuán)隊(duì)首次提出了一種基于聯(lián)合概率信息編碼的統(tǒng)一理論方法，在不兼容測(cè)量對(duì)應(yīng)的概率分布基礎(chǔ)上，拓展了熵不確定性關(guān)系，并將量子相干性與量子非定域性納入同一框架中進(jìn)行定量刻畫(huà)（圖1）。

圖1.量子特征驗(yàn)證

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用雙光子糾纏系統(tǒng)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用統(tǒng)一方法驗(yàn)證了三類熵不確定性關(guān)系（圖2）以及量子相干性與量子貝爾非定域性（圖3）,實(shí)驗(yàn)結(jié)果以很高的精度符合不確定關(guān)系的理論預(yù)測(cè)。

圖2.熵不確定關(guān)系驗(yàn)證

圖3.量子相干性和量子非局域性驗(yàn)證

該研究首次在理論和實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)三種最重要的量子特征的統(tǒng)一驗(yàn)證，不僅深化了對(duì)量子關(guān)聯(lián)本質(zhì)的理解，也為量子信息處理技術(shù)應(yīng)用提供了新的理論工具和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/p5pd-749f