為了理解現實的基本性質，物理學家們探索了量子力學和局域實在性的邊界。局域實在性是這一探索中最引人注目的概念之一，它認為一個位置發生的物理過程不會立即受到另一個位置事件的影響。量子力學，特別是通過糾纏和非局域性現象，挑戰了這一原則。最近，發表在《物理評論快報》的一項研究，使得通過哈代違背(Hardy’s Violation)進行無漏洞的局域實在性測試成為可能，這是量子物理學的一個重要里程碑。

貝爾定理與局域實在性

物理學家約翰·貝爾在1964年提出的貝爾定理表明，沒有任何局域隱藏變量理論可以再現量子力學的所有預測。這一定理為實驗測試奠定了基礎，這些測試可以區分量子力學和局域實在性。最著名的測試涉及貝爾不等式，如果違反這些不等式，就表明存在量子糾纏和非局域性。

盡管貝爾定理在理論上非常清晰，但實驗測試歷史上面臨著重大挑戰。這些挑戰被稱為漏洞，可能會削弱從這些實驗中得出的結論的有效性。主要的兩個漏洞是檢測漏洞和局域性漏洞。

檢測漏洞：當并非所有糾纏粒子都被檢測到時，會導致樣本偏差，可能錯誤地表明違反了局域實在性。局域性漏洞：當測量設置不是獨立選擇的，或者測量設備之間可能存在通信時，會出現這種漏洞，從而允許局域實在性解釋。

哈代悖論

哈代悖論由盧西恩·哈代在1992年提出，是貝爾定理的一種特別優雅和簡單的形式。它展示了一個場景，其中量子力學預測某些結果具有非零概率，而局域實在性理論預測這些結果的概率為零。這種“全有或全無”的性質使哈代悖論成為測試局域實在性的有力工具。盡管其非常優雅，但哈代悖論的實驗測試歷史上需要額外的假設，也會導致潛在的漏洞。

最近的實驗在解決這些漏洞方面取得了重大進展。一個顯著的例子是趙思然及其同事進行的實驗，該實驗通過哈代違背實現了無漏洞的局域實在性測試。該實驗利用了具有高檢測效率和量子態保真度的光子糾纏源，以及高速量子隨機數生成器，以確保獨立的測量設置。來源: www.ws46.com

實驗設置

實驗涉及創建糾纏光子對，并將其分配到兩個遠距離位置。測量設置使用高速隨機數生成器選擇，確保設置是獨立的，并且沒有測量設備之間的潛在通信，解決了局域性漏洞。檢測效率提高到82.2%，量子態保真度達到99.10%，顯著減少了檢測漏洞。

在連續運行六小時期間，實驗觀察到哈代悖論的強烈違背，概率為P= 4.646?10^{-4} ，達到五個標準差。這一結果來自43.2億次試驗，提供了反對局域實在性的強大統計證據。零假設檢驗進一步確認了結果不能用局域實在性理論解釋，上限概率為10^{-16348}。

結論

通過哈代違背進行的無漏洞局域實在性測試代表了我們對量子世界理解的重大進展。通過解決主要的實驗挑戰，并提供反對局域實在性理論的強有力證據，這項工作不僅鞏固了量子力學的基礎，還為量子信息科學的實際應用開辟了新途徑。隨著我們繼續探索量子領域，這樣的實驗將對揭示現實的真實本質至關重要。