近日，南方科技大学量子科学与工程研究院副研究员李正达，物理系、量子科学与工程研究院教授范靖云，与西南交通大学信息科学与技术学院罗明星教授合作，在基于纠缠的量子网络验证和拓扑分类领域取得重要理论和实验进展。研究团队在理论和实验上首次针对不同类型的三角形网络的非局域性和网络拓扑区分进行研究，展示了量子网络的基础单元的量子特性。该工作代表了研究量子网络基本结构的实验研究先例，相关成果以“Certifying Network Topologies and Nonlocalities of Triangle Quantum Networks”为题于2024年6月11日在线发表在学术期刊Physical Review Letters上。

量子网络是未来量子信息处理的主要承载者。与传统的经典网络相比，量子网络将推动信息处理和通信领域的革新，为解决传统计算方法无法解决的难题提供新的可能性。近年来，天地一体化量子保密通信网络已渐具雏形，以量子计算机、量子传感器、量子中继器、量子通信终端等为代表的量子网络终端技术的发展也屡获突破，诸如盲量子计算、多方量子计算、量子会议、量子私密共享等各种新型量子网络任务层出不穷。网络拓扑结构和网络非局域性支撑着量子网络的各种应用。在量子网络中以不同方式连接纠缠源和参与者可以构造不同的网络结构。现有研究还没有考虑网络拓扑结构相关联的非局域性，相关方法无法揭示与网络拓扑结构相关联的网络非局域性。因此，一个未决的问题是设计一种实验方法，能够确定量子网络的网络拓扑结构和网络非局域性。

图1. 量子网络

三角形量子网络是一个研究三方参与的量子系统的理想平台，如图1。通过在参与者之间共享EPR纠缠粒子对或者三粒子GHZ态，可以创建不同的网络结构, 包括量子链式网络，量子三角网络，GHZ网络等，如图2所示。这些网络结构可以展示不同的非局域性特征，如贝尔非局域性、链式网络非局域性、三角网络非局域性和完全网络非局域性。通过使用贝尔方法，可以检测和表征这些网络拓扑结构和非局域性特征。

图2. 三角型量子网络

研究人员构建了通用的贝尔算子并在实验中首次通过测量概率确定三角形量子网络承载的网络拓扑结构和网络非局域性。我们期待这种独特方法可能激发进一步研究，以更有效地表征大型复杂量子网络，从而更好地利用量子网络在量子信息应用中的优势。

该论文的第一作者为南科大物理系研究助理教授毛亚丽，通讯作者为南科大物理系、量子科学与工程研究院教授范靖云，量子科学与工程研究院副研究员李正达以及西南交通大学信息科学与技术学院教授罗明星。南方科技大学为论文第一单位。该研究工作得到了广东省珠江领军人才计划、深圳市鹏城学者、广东省重点领域研发计划、广东省珠江创新创业团队、国家自然科学基金委、广东省量子科学与工程重点实验室、深圳市科技创新局、南科大量子科学与工程研究院，以及四川省科技厅和西南交通大学等部门的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.240801