贝尔不等式作为现代物理学的基石，是区分定域实在论与量子力学预测的根本性检验。几十年来，贝尔不等式的违背一直被认为是量子纠缠的明确标志。然而，一篇题为《Violation of Bell inequality with unentangled photons》的开创性论文挑战了这一长期以来的假设，证明了纠缠并非违背贝尔不等式的唯一先决条件。相反，这项研究揭示了量子不可区分性在产生非定域关联方面的全新作用，这种关联同样超越了经典物理学的解释范畴。

基础：贝尔不等式与量子纠缠

要理解这项工作的重大意义，我们必须首先回顾其所涉及的核心概念。1964年，物理学家约翰·贝尔（John Bell）提出了一个数学不等式，它为两个或多个遥远测量结果之间可能存在的关联设定了上限，前提是定域实在论原则成立。定域实在论认为，物理属性在测量前就具有确定的、预先存在的值（实在性），并且任何物理影响的传播速度都不能超过光速（定域性）。而量子力学则预言，这些关联可以比定域实在论所允许的更强，从而导致贝尔不等式的违背。

观察这种违背的典型方法是通过纠缠粒子对。当两个光子纠缠在一起时，它们的属性（例如偏振）以一种经典物理学无法解释的方式关联。测量其中一个光子的偏振会瞬间导致另一个光子状态的坍缩，无论它们相隔多远。这种看似瞬时的联系，被爱因斯坦戏称为“鬼魅般的超距作用”，已被无数次实验证实，是量子信息科学的基石。因此，量子纠缠一直被视为贝尔不等式违背的代名词。

范式转变：不可区分性作为非定域性的来源

新论文对这一既定观点提出了惊人的挑战。该论文的作者团队，其中包括诺贝尔奖得主安东·蔡林格（Anton Zeilinger），设计了一个实验，使用了在传统意义上非纠缠的四个光子。他们没有使用产生纠缠对的单一光源，而是采用了两个独立的光源，每个光源产生一对光子。实验的关键不在于纠缠，而在于光子的不可区分性。

量子不可区分性是量子力学的一项基本原理，它指出完全相同的粒子，例如具有相同频率和偏振的光子，无法被单独识别或追踪。这会导致独特的量子干涉效应。在实验中，来自一个光源的两束光子和来自另一个光源的两束光子被导向一个中央分束器。关键之处在于，光子到达分束器的方式使其来源不可区分。我们无法判断哪个光子来自哪个光源。这种不可区分性迫使这四个光子作为一个整体行动，从而引发了一种被称为受挫干涉的多光子干涉现象。

研究人员仔细测量了这四个光子测量结果之间的关联。他们的结果表明，针对这个四光子系统设计的贝尔型不等式被明确违背了。这种违背在统计上非常显著，超过了四个标准差，提供了有力的证据，证明所观察到的关联是非经典的，无法用定域实在论来解释。

启示与未来方向

这项研究的意义深远。它将贝尔不等式的违背与纠缠概念解耦，揭示了一个更为普遍的原理。论文认为，量子不可区分性本身就可以作为非定域关联的根本来源。这一发现迫使我们重新评估对量子力学基本资源的理解。它表明，虽然纠缠是产生非定域关联的一种强大方式，但并非唯一方式。不可区分性，这个通常被认为是独立存在的现象，现在被证明是一种非定域性的资源，为探索量子世界令人费解的本质提供了新的途径。

这项工作开启了几个新的研究方向。例如，它引发了这样的问题：其他以前被认为与纠缠无关的量子现象，是否也能用于产生非定域关联？它可能带来新的量子信息协议实现方式，特别是在纠缠难以产生或维持的情况下。对多粒子干涉及其与非定域性之间联系的研究，为未来的理论和实验探索提供了沃土，并可能为我们最终理解支配宇宙最小尺度的奇特且反直觉的规则提供新的见解。