对量子测量过程有两种可能的方法解释：（a）二元测量，分两步产生最终结果（首先排除三个结果中的一个，然后在两个剩余结果之间进行选择），或（b）一次选择所有三个结果的三元测量。Credit: Hu et al. ©2018 American Physical Society

物理学家第一次通过实验证明了纠缠物体之间的三元而非二元的量子关系。结果表明，量子测量过程无法通过二元过程来描述（即有两个结果），而是应该考虑强于二元的三元测量（即有三个可能的结果），以便充分理解量子测量过程的工作方式。

来自中国的物理学家胡晓明（音译）与德国，西班牙和匈牙利的合著者在最近一期的“Physical Review Letters”上发表了一篇关于强于二元关系的论文。

“我们发现并通过实验验证了真正的三元测量方法，”德国Siegen大学和西班牙Basque Country大学的合著者Matthias Kleinmann告诉Phys.org，“实验结论独立于任何基础理论（“量子理论”），并确定三元测量方法是自然界的一个通用特征。”

在此之前，人们只是通过理论预测了存在强于二元的相关性，但这是他们第一次通过实验观察到。在他们的实验中，研究人员纠缠了两个光子qutrits，每个光子qutrits有三个可能的状态（0,1和2），而不是像量子位那样只有两个（0和1）。然后他们将这些qutrits发送到不同的实验室，在那里他们测量了每个qutrit的状态，使他们能够确定两个qutrits之间相关性的强度。

演示三元相关性的实验装置插图。 Credit: Hu et al. ©2018 American Physical Society

如果量子测量过程是二元的，那么测量可以被描述为两步过程，依据经典机制，先将其中三个可能测量结果中的第一个排除，然后用量子二元测量方法在两个剩余结果之间进行选择。在这种二元测量过程中，两个纠缠对象之间的最大相关性不能超过某个特定值。

在他们的实验中，研究人员证明纠缠的三态粒子之间相关性的强度超过特定的最大值。为此，他们进行了一项钟型实验，在实验中，他们发现观察到的相关性违反了非信令二元相关性的最大不等式，对应于9.3个标准差，具有很高的统计意义。结果表明，量子理论中的测量过程不能用二元测量的两步过程来解释。相反，应该采用三元测量过程，在量子三元测量的过程中，可以同时在三个可能的状态之间进行选择。

总体而言，研究人员解释说，强于二元相关性的观察结果与先前二元相关性的实验证据并不矛盾，但也为如何在最基本的层面上完成量子测量过程的工作增加了新的可能性。

“现在我们已经建立了理论工具和实验方法来理解和创建三元相关性，我们的目标是朝着两个方向前进，”Kleinmann说，“首先，我们希望技术得到应用（例如，随机抽取），其次，我们现在会将实验结果作为新基础，从而更深入的理解量子理论。”

原文链接：https://phys.org/news/2018-05-stronger-than-binary-experimentally.html