在双城实验中利用排他性原理界定量子理论

为什么对物理系统进行测量所得结果之间的相关性会违反 Bell 不等式和非语境性不等式，且仅达到某些特定极限？答案可能源于如下观察：在量子理论中（不同于其他理论），每当存在一个同时测量$A$与$B$的实验、一个测量$B$与$C$的实验以及一个测量$A$与$C$的实验时，总存在一个能同时测量所有这三者的实验。这一性质意味着量子理论满足一个看似无关的限制，即排他性（E）原理；令人惊讶的是，该原理在一些基本场景中解释了量子相关性的集合。一个未解决的问题是：E 原理是否能解释 Bell-CHSH 不等式的最大量子违反值？在此，我们通过实验表明，E 原理对 Bell-CHSH 不等式的违反值施加了一个上限，该上限与量子理论预测的最大值相符。为此，我们利用了一项独立实验的结果，该实验测试了一个特定的非语境性不等式。我们执行了两项实验：在斯德哥尔摩对光子对的偏振纠缠态进行 Bell-CHSH 不等式实验，以及在罗马对单光子的轨道角动量态进行非语境性不等式实验以证明其独立性。观测结果提供了首个实验证据，表明 E 原理决定了量子相关性的极限，并证明任一实验假设的超量子违反都将违背 E 原理。这支持了如下结论：E 原理捕捉到了自然界的根本限制。若此结论成立，量子理论的很大一部分将仅仅通过将 E 原理视为基本真理而自然导出，且各种信息论公理也将得到简化和/或加强。