什么是量子物理
量子物理是一門研究微觀世界的科學，它揭示了原子、分子、光子等基本粒子的性質和行為。量子物理與我們日常經(jīng)驗的物理規(guī)律有很大的不同，它具有一些令人驚訝甚至難以理解的特征，如疊加、糾纏和非局域性。
疊加是指一個量子系統(tǒng)可以同時處于兩種或多種狀態(tài)的疊加，例如一個電子可以同時旋轉向上和向下。這種疊加狀態(tài)只有在測量之前才存在，一旦測量，量子系統(tǒng)就會坍縮到其中一個確定的狀態(tài)。
糾纏是指兩個或多個量子系統(tǒng)之間存在一種特殊的聯(lián)系，使得它們的狀態(tài)相互依賴。例如，兩個電子可以糾纏在一起，使得它們的旋轉方向總是相反的。這種糾纏狀態(tài)不會因為量子系統(tǒng)之間的距離而改變，即使它們相隔很遠。
非局域性是指兩個空間分離的糾纏系統(tǒng)之間存在一種不能用局域因果性原理解釋的聯(lián)系。局域因果性原理是指一個事件的原因必須在它的鄰域內找到，即沒有超過光速的信號傳遞。然而，在量子物理中，兩個空間分離的糾纏系統(tǒng)之間似乎可以瞬時地影響彼此，即使沒有任何物質或能量在它們之間傳遞。
什么是貝爾測試
貝爾測試是一種檢驗量子物理是否遵循局域因果性原理的實驗。貝爾測試的思想最早由物理學家約翰·斯圖爾特·貝爾在1964年提出，他證明了存在一種數(shù)學不等式，叫做貝爾不等式，如果滿足局域因果性原理的理論成立，那么這個不等式就不會被違反。然而，在量子物理中，如果兩個空間分離的糾纏系統(tǒng)之間存在非局域性相關性，那么這個不等式就會被違反。
貝爾測試的具體實施方法如下：首先，我們需要準備一對糾纏的量子系統(tǒng)，例如兩個量子比特，它們是一種可以用來存儲和處理量子信息的基本單元。然后，我們需要將這對量子比特分別送給兩個不同的參與者A和B，并讓他們分別對自己手中的量子比特進行測量。每個參與者可以在兩種可能的測量之間隨機選擇一種，并記錄測量結果。重復這個過程多次后，我們就可以用測量選擇和記錄結果來計算一個S值，用來評估非局域性相關性。如果S值大于2，那么就說明貝爾不等式被違反。
超導電路如何實現(xiàn)貝爾測試
超導電路是一種利用超導材料制造出具有離散能級和可控相互作用的人工微觀結構，可以用來模擬和操作量子系統(tǒng)。超導電路具有高度可定制、可擴展、可集成和可編程等優(yōu)點，是實現(xiàn)量子計算技術的主要候選者之一。研究人員使用兩個超導電路制造出兩個量子比特，并通過一個30米長的低溫連接線將它們連接起來。他們使用一個微波脈沖源來生成可以對兩個量子比特進行操作和測量所需的信號，并使用一個隨機數(shù)發(fā)生器來隨機選擇測量基。
他們首先對兩個量子比特進行了確定性的糾纏操作，使得它們處于一個最大糾纏態(tài)。然后，他們對兩個量子比特分別進行了快速和高保真度的測量，即在很短的時間內完成測量，并且測量結果準確無誤。他們使用了一種叫做單光子計數(shù)器（SPC）的裝置來檢測從量子比特發(fā)射出來的微弱信號，并將其轉換為二進制數(shù)據(jù)。他們還使用了一種叫做時間標記單元（TTU）的裝置來記錄每次測量的精確時間，并將其與隨機數(shù)發(fā)生器同步。
研究人員對超過100萬次的實驗試驗進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)平均S值為2.0747±0.0033，違反了貝爾不等式。這個結果表明他們實現(xiàn)了一種無漏洞的貝爾測試，即沒有任何已知的物理機制可以解釋我們觀察到的非局域性相關性。
