非局域性是量子力學和量子信息科學的重要基礎。隨著貝爾不等式的提出，人們可以在實驗上檢驗量子非局域性。由于實驗裝置的不完美，絕大多數實驗都存在漏洞，其中廣受關注的漏洞包括探測漏洞和局域性漏洞等。2015年，科學家們首次在二維糾纏體系中同時關閉了探測漏洞和局域性漏洞，并以此為基礎發展出了各種設備無關的量子信息任務。

相比二維量子糾纏而言，高維量子糾纏在信道容量、安全性及抗噪能力上都具有明顯優勢，因此實現無漏洞的高維貝爾不等式檢驗并以此為基礎實現設備無關的高維量子信息任務是目前量子信息領域亟需發展的重要方向。近年來李傳鋒、柳必恒研究組致力于高維量子網絡的實驗研究，并已取得一系列進展，解決了高維量子糾纏的制備、傳輸、測量等困難，為實現高維量子網絡打下堅實的基礎。

在本實驗中，研究組在高維糾纏光子的探測效率方面取得突破，實現了無探測漏洞的高維貝爾不等式檢驗。研究組采用波長775納米的激光泵浦beamlike切割的非線性晶體得到波長1550納米的糾纏光子，這種切割方式可以有效增大糾纏光子的收集效率，并采用了透過率達到99%的濾波裝置和探測效率90%的超導單光子探測器，并且所有光學元件的基片都采用了在1550納米吸收率極低的光學玻璃，由此最終實現了總體探測效率達71.7%的四維糾纏光子態，該探測效率遠高于關閉四維貝爾不等式探測漏洞所需的閾值61.8%，同時四維糾纏光子態的保真度達到了99.5%。通過合理選擇參數，研究組在國際上首次實現了無探測漏洞的高維貝爾不等式檢驗。該成果為進一步實現同時關閉探測漏洞和非局域性漏洞的高維貝爾不等式檢驗及設備無關的高維量子通信過程奠定重要基礎。

文章第一作者為中科院量子信息重點實驗室副研究員胡曉敏博士和博士研究生張超。本研究得到科技部、國家基金委、中國科學院和合肥國家實驗室的支持，柳必恒研究員是中國科學技術大學仲英青年學者。

圖1：實驗裝置圖。

圖2：實現無探測漏洞的貝爾不等式檢驗所需的探測效率對比圖。在保真度均為99.5%時，四維糾纏態的探測效率需求明顯低于兩維糾纏態的探測效率需求。