多维系统中物理理论最大预测能力的轨道角动量实验界限

量子力学在预测能力上的完备性是其基础研究中的核心问题。虽然大多数研究聚焦于二维系统，但高维系统更为一般且应用广泛。基于 Colbeck 与 Renner 的不可扩展性定理 [Phys. Rev. Lett. 101, 050403 (2008)]——该定理确立了不存在任何更高层次的理论能够增强量子力学在二维系统中的预测能力——我们将该结果推广到任意维度的系统。我们将任何替代理论所能达到的最大潜在预测能力与实验中可观测的关联联系起来，并通过利用具有纠缠浓度增强的双光子轨道角动量纠缠态，建立了跨不同维度的最优实验界限。这些界限否证了更广泛的一类替代理论，包括 Bell 模型与 Leggett 模型，以及那些在理论上仍存歧义或尚未经实验验证的理论。我们的发现不仅深化了对量子力学的基础理解，而且对高维量子密码学具有重要的潜在价值。