本月，三位科學家獲得了諾貝爾物理學獎，因為他們證明了量子世界中最違反直覺卻又影響深遠的現實之一。他們的研究表明，兩個糾纏的量子粒子必須被當作是一個單一的系統，即使粒子之間相隔很遠。在實踐中，這種「非定域性（nonlocality）」現象意味著，你面前的量子可以立即受到數千公里外的量子的影響。
糾纏和非定域性使計算機科學家能夠創造出不可破解的密碼。在一種被稱為「獨立於設備的量子密鑰分發」技術中，一對粒子糾纏在一起，然後分配給兩個人。粒子的共同屬性可以作為一種代碼，這幾乎無法破解，即使使用量子計算機。
但是為什麼（糾纏）只在兩個粒子上呢？理論上，對於共享糾纏態的粒子數量沒有上限。幾十年來，理論物理學家一直在設想3路（three-way）, 4路, 甚至100路的量子連接（quantum connections），這將發展出一個完全分散式的、受量子保護的互聯網。
最近，我國的一個實驗室似乎已經實現了三個粒子之間的非定域糾纏，這可能會提升量子密碼學的強度，以及廣義量子網路的可能性。
物理學家以前曾糾纏過兩個以上的粒子。但它們之間的距離很短，最多只有幾厘米。為了使多方糾纏對密碼學有用，科學家們需要證明非定域性。
證明非定域性的關鍵是測試一個粒子的性質是否與另一個粒子的性質相匹配（這是糾纏的標誌），一旦它們之間的距離足夠遠，其他任何東西都不能引起這種效應。例如，如果一個粒子在物理上接近它的糾纏對象，它可能通過發出輻射來影響糾纏對象。但如果它們相距一公里，那麼它們很可能只通過糾纏聯繫在一起。實驗人員使用一組稱為貝爾不等式的方程來排除對粒子關聯特性的所有其他解釋。
對於三個粒子，證明非定域性的過程是類似的，但是有更多的可能性要排除。這增加了測量的複雜性，也增加了數學難度。
在今年8月發表的研究結果中，合肥的一個團隊取得了關鍵的飛躍。首先，通過向一種特殊類型的晶體發射激光，他們將三個光子糾纏在一起，並將它們放置在不同區域，相距數百米。然後他們同時測量了每個光子的隨機屬性。研究人員分析了測量結果，發現三種粒子之間的關係可以用3路量子非定域性最好地解釋。這是迄今為止最全面的3路非定域性論證。
研究人員將他們的實驗建立在一個新的、更嚴格3路非定域性定義的基礎上，並且他的三個設備無法互相通信，這種限制在加密場景中是非常有用的。現在，研究人員已經成功地將相距較近的粒子糾纏在一起，下面他們要進一步擴大距離。
這項技術可以為更廣泛的量子密鑰分發提供支持。如果使用糾纏粒子作為加密的密鑰，用來測試非定域性的貝爾不等式可以確保秘密是完全安全的。即使用來發送或接收信息的設備被黑客惡意操縱，黑客也無法確定量子密鑰。密鑰只有你和另一個糾纏粒子的擁有者知道。
- 研究人員將三個粒子糾纏在一起，並將它們放置在標有愛麗絲、鮑勃和查理的設備中，相距數百米。
這是一種全新的現象，它可以將獨立於設備的密碼學，從基本的雙向通信擴展到整個秘密共享網路。
除了密碼學，多路糾纏也為其他類型的量子網路開闢了可能性。研究人員正在研究量子互聯網，它可以像普通互聯網連接普通設備一樣連接量子計算機。該系統將通過連接數百萬個跨越不同距離、具有不同糾纏程度的粒子，將許多量子設備的計算能力聚集在一起。荷蘭的科學家們已經成功地在橫跨兩個獨立實驗室的網路中糾纏了三個粒子。
這項關於三路糾纏的研究一開始只是「一個有趣的現象」。但是，當有了量子力學可以做到的、其他方法不可能做到的事情時，這將打開各種新的技術可能性。
目前，一些實驗室已經證明了粒子之間的四路非定域性。諾貝爾獎得主花了半個世紀的時間，在他們的雙向實驗中排除了一些漏洞，最終在2017年取得了成功。從那以後，我們在技術上已經取得了長足的進步。
