來自法國巴黎薩克雷理論物理研究所（IPhT）的理論物理學家們，近期在量子力學領域取得了里程碑式的進展。他們首次成功地完整描繪出，一個利用「量子糾纏」的系統所能產生的所有統計數據樣貌。這項發表在頂尖期刊《自然物理學》上的研究，不僅深化了我們對量子理論邊界的理解，更為未來開發無需信任設備本身的設備獨立量子技術測試程序，奠定了堅實的基礎。
完整掌握量子糾纏的統計新方法
量子纏結簡而言之，指的是在相同量子態下共同產生的兩個粒子，即使被遠距分開，彼此依然保有微妙的關聯性。這種關聯性會反映在量子測量結果的統計分布上，如同兩個互相牽引的系統。長久以來，研究人員只知道若干特定形式的量子統計可以滿足纏結的預測，但並未完整掌握所有可能的測量結果範圍。
此次研究團隊找到一種數學轉換，得以將部分纏結態的統計情形與先前更熟知的最大纏結狀態相對應，據此推導出所有可能的分布極限，成功為量子纏結的統計世界繪製出全景式地圖。 這項發現意義深遠，因為在量子系統中，度量纏結程度以及測量方向的差異都會影響最後觀測到的統計分布。若實驗系統存在多個自由度，彼此之間又能同時互動或影響，理論上會產生複雜的量子相關性。
研究團隊透過對比最大與部分纏結態的統計特徵，釐清了所有可能出現的極端統計點，等於鎖定了量子理論所允許的一切分布情形。對未來所有量子實驗與應用而言，這都是檢驗實際結果是否合乎量子力學規範的關鍵。
量子纏結與貝爾定理
量子纏結最引人注目的特性之一，就是通過貝爾定理測試時顯示的非定域性。傳統的隱變量模型認為，所有物理結果都能用局部參數來解釋，但量子纏結卻展現出更強的關聯度，超越了此模型所能涵蓋的範圍。 在實際量測過程中，科學家還發現只憑量測後的統計數據，就能進一步推斷整個系統是否擁有真實的量子隨機性。例如，若觀察結果違反某些統計邊界，意味著此系統必然帶有量子特性，而非僅僅是古典隨機。這給量子資訊協議帶來全新思維：只要量測出某些獨特的統計型態，便能直接證明系統具備量子纏結，無須依賴任何事先對裝置或實驗架構的假設。
自測試：無需瞭解內部裝置的精準檢驗
上述方法常被稱為「自測試」，在量子資訊界佔有一席之地。其特色在於，把量子裝置當成黑箱，只收集外在實驗數據，即可判定此裝置是否真的依照量子理論運行。例如，在量子通訊或量子密碼的應用上，自測試協定可以確保裝置在不受監控的情況下，依然達到理論上要求的安全與可靠度。
由於量子裝置在實際應用中可能隨時演進或老化，若光靠內部參數來檢定，往往跟不上裝置的變動。但採用自測試方式，則能根據每次量測當下獲得的結果，實時判定其量子性與纏結度，在安全與效率上都有明顯優勢。
量子產業應用前景
研究人員認為，未來的量子網路與高速通訊協定，可望藉由自測試機制，在不干擾裝置內部配置的情況下進行安全校驗，進一步防堵外來竊聽或干擾風險。量子密碼學也能透過動態監控量測分布，實現更高層級的保密；而量子運算在確保計算正確性的同時，也能在龐雜運算過程中持續驗證是否維持理想的量子態。
