Ampliación del supuesto de muestreo justo utilizando diagramas causales

Ampliación del supuesto de muestreo justo utilizando diagramas causales

Valentín Gebhart y Augusto Smerzi

QSTAR, INO-CNR y LENS, Largo Enrico Fermi 2, 50125 Florencia, Italia

¿Encuentra este documento interesante o quiere discutirlo? Scite o deje un comentario en SciRate.

Resumen

Descartar los resultados de medición indeseables en los experimentos de Bell abre la brecha de detección que impide una demostración concluyente de no localidad. Dado que cerrar la brecha de detección representa un gran desafío técnico para muchos experimentos prácticos de Bell, se acostumbra asumir el llamado supuesto de muestreo justo (FSA) que, en su forma original, establece que las estadísticas postseleccionadas colectivamente son una muestra justa de la estadísticas ideales. Aquí, analizamos la FSA desde el punto de vista de la inferencia causal: derivamos una estructura causal que debe estar presente en cualquier modelo causal que encapsule fielmente la FSA. Esto proporciona un enfoque fácil, intuitivo y unificador que incluye diferentes formas aceptadas de la FSA y subraya lo que realmente se supone al usar la FSA. Luego mostramos que la FSA no solo se puede aplicar en escenarios con detectores no ideales o pérdidas de transmisión, sino también en experimentos ideales donde solo se seleccionan partes de las correlaciones, por ejemplo, cuando los destinos de las partículas están en un estado de superposición. Finalmente, demostramos que la FSA también es aplicable en escenarios multipartitos que prueban la no localidad multipartita (genuina).

Uno de los principales obstáculos en la demostración de la no localidad de Bell es el requisito de detectores altamente eficientes. Esta dificultad desafiante se evita comúnmente asumiendo que las posibles explicaciones realistas locales de las estadísticas observadas están restringidas, lo que se conoce como el supuesto de muestreo justo (FSA). En este trabajo, derivamos una estructura necesaria en los diagramas causales de los modelos de variables ocultas locales, que debe estar presente para encapsular fielmente la FSA. Esta estructura destaca lo que uno realmente asume al asumir la FSA, y puede usarse para comparar diferentes formas de la FSA que se encuentran en la literatura. Finalmente, mostramos que el diagrama causal FSA también se puede aplicar en experimentos de Bell donde los destinos de las partículas son aleatorios, o en experimentos multipartitos que prueban una no localidad multipartita genuina.

► datos BibTeX

► referencias

[ 1 ] Juan S Bell. “Sobre la paradoja de einstein podolsky rosen”. Física 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[ 2 ] Juan S Bell. “La teoría de los beables locales”. En Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics: Collected Papers on Quantum Philosophy. Páginas 52–62. Prensa de la Universidad de Cambridge (2004). 2 edición.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511815676

[ 3 ] Nicolás Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani y Stephanie Wehner. “Bell no localidad”. Rev.Mod. física 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[ 4 ] Perla de Judea. “Causalidad: Modelos, razonamiento e inferencia”. Prensa de la Universidad de Cambridge. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[ 5 ] Felipe M. Pearle. “Ejemplo de variable oculta basado en el rechazo de datos”. física Rev. D 2, 1418–1425 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.2.1418

[ 6 ] John F. Clauser y Michael A. Horne. “Consecuencias experimentales de las teorías locales objetivas”. física Rev. D 10, 526–535 (1974).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.10.526

[ 7 ] DS Tasca, SP Walborn, F. Toscano y PH Souto Ribeiro. “Observación de correlaciones popescu-rohrlich sintonizables a través de la postselección de un estado gaussiano”. física Rev. A 80, 030101 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.030101

[ 8 ] Ilja Gerhardt, Qin Liu, Antía Lamas-Linares, Johannes Skaar, Valerio Scarani, Vadim Makarov y Christian Kurtsiefer. “Fingiendo experimentalmente la violación de las desigualdades de Bell”. física Rev. Lett. 107, 170404 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.170404

[ 9 ] Enrico Pomarico, Bruno Sanguinetti, Pavel Sekatski, Hugo Zbinden y Nicolás Gisin. "Amplificación experimental de un fotón enredado: ¿y si se ignora la laguna de detección?". Nuevo J. Phys. 13, 063031 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​6/​063031

[ 10 ] J Romero, D Giovannini, DS Tasca, SM Barnett y MJ Padgett. “Correlación de dos fotones a la medida y muestreo justo: una advertencia”. Nuevo J. Phys. 15, 083047 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​8/​083047

[ 11 ] N. David Mermín. “El experimento EPR: pensamientos sobre la 'laguna legal'”. Ana. Academia de Nueva York. ciencia 480, 422–427 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1111 / j.1749-6632.1986.tb12444.x

[ 12 ] Philippe H. Eberhard. "Nivel de fondo y eficiencias contrarias requeridas para un experimento de einstein-podolsky-rosen sin lagunas". física Rev. A 47, R747–R750 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.R747

[ 13 ] Fabio Sciarrino, Giuseppe Vallone, Adán Cabello y Paolo Mataloni. "Experimentos de Bell con fuentes de destino aleatorias". física Rev. A 83, 032112 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.032112

[ 14 ] Anupam Garg y ND Mermin. “Ineficiencias del detector en el experimento de einstein-podolsky-rosen”. física Rev. D 35, 3831–3835 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3831

[ 15 ] Jan-Åke Larsson. “La desigualdad de Bell y la ineficiencia del detector”. física Rev. A 57, 3304–3308 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.3304

[ 16 ] Mary A Rowe, David Kielpinski, Volker Meyer, Charles A Sackett, Wayne M Itano, Christopher Monroe y David J Wineland. “Violación experimental de la desigualdad de una campana con detección eficiente”. Naturaleza 409, 791–794 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35057215

[ 17 ] DN Matsukevich, P. Maunz, DL Moehring, S. Olmschenk y C. Monroe. "Violación de la desigualdad de Bell con dos qubits atómicos remotos". física Rev. Lett. 100, 150404 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.150404

[ 18 ] BG Christensen, KT McCusker, JB Altepeter, B. Calkins, T. Gerrits, AE Lita, A. Miller, LK Shalm, Y. Zhang, SW Nam, N. Brunner, CCW Lim, N. Gisin y PG Kwiat. "Prueba de detección sin lagunas de no localidad cuántica y aplicaciones". física Rev. Lett. 111, 130406 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.130406

[ 19 ] Lynden K. Shalm, Evan Meyer-Scott, Bradley G. Christensen, Peter Bierhorst, Michael A. Wayne, Martin J. Stevens, Thomas Gerrits, Scott Glancy, Deny R. Hamel, Michael S. Allman, Kevin J. Coakley, Shellee D. Dyer, Carson Hodge, Adriana E. Lita, Varun B. Verma, Camilla Lambrocco, Edward Tortorici, Alan L. Migdall, Yanbao Zhang, Daniel R. Kumor, William H. Farr, Francesco Marsili, Matthew D. Shaw, Jeffrey A. Stern, Carlos Abellán, Waldimar Amaya, Valerio Pruneri, Thomas Jennewein, Morgan W. Mitchell, Paul G. Kwiat, Joshua C. Bienfang, Richard P. Mirin, Emanuel Knill y Sae Woo Nam. “Fuerte prueba sin lagunas del realismo local”. física Rev. Lett. 115, 250402 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.250402

[ 20 ] Marissa Giustina, Marijn AM Versteegh, Sören Wengerowsky, Johannes Handsteiner, Armin Hochrainer, Kevin Phelan, Fabian Steinlechner, Johannes Kofler, Jan-Åke Larsson, Carlos Abellán, Waldimar Amaya, Valerio Pruneri, Morgan W. Mitchell, Jörn Beyer, Thomas Gerrits, Adriana E. Lita, Lynden K. Shalm, Sae Woo Nam, Thomas Scheidl, Rupert Ursin, Bernhard Wittmann y Anton Zeilinger. “Prueba sin lagunas significativas del teorema de Bell con fotones entrelazados”. física Rev. Lett. 115, 250401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.250401

[ 21 ] Bas Hensen, Hannes Bernien, Anaïs E Dréau, Andreas Reiserer, Norbert Kalb, Machiel S Blok, Just Ruitenberg, Raymond FL Vermeulen, Raymond N Schouten, Carlos Abellán, et al. "Violación de la desigualdad de campana sin lagunas mediante espines de electrones separados por 1.3 kilómetros". Naturaleza 526, 682–686 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15759

[ 22 ] John F. Clauser, Michael A. Horne, Abner Shimony y Richard A. Holt. “Experimento propuesto para probar teorías locales de variables ocultas”. física Rev. Lett. 23, 880–884 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880

[ 23 ] Dominic W. Berry, Hyunseok Jeong, Magdalena Stobińska y Timothy C. Ralph. “La suposición de muestreo justo no es necesaria para probar el realismo local”. física Rev. A 81, 012109 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.012109

[ 24 ] Davide Orsucci, Jean-Daniel Bancal, Nicolas Sangouard y Pavel Sekatski. "Cómo afecta la selección posterior a las declaraciones independientes del dispositivo bajo el supuesto de muestreo justo". Cuántica 4, 238 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-03-02-238

[ 25 ] Igor Marinković, Andreas Wallucks, Ralf Riedinger, Sungkun Hong, Markus Aspelmeyer y Simon Gröblacher. “Prueba de campana optomecánica”. física Rev. Lett. 121, 220404 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.220404

[ 26 ] Dominik Rauch, Johannes Handsteiner, Armin Hochrainer, Jason Gallicchio, Andrew S. Friedman, Calvin Leung, Bo Liu, Lukas Bulla, Sebastian Ecker, Fabian Steinlechner, Rupert Ursin, Beili Hu, David Leon, Chris Benn, Adriano Ghedina, Massimo Cecconi, Alan H. Guth, David I. Kaiser, Thomas Scheidl y Anton Zeilinger. "Prueba de campana cósmica utilizando configuraciones de medición aleatorias de cuásares de alto corrimiento al rojo". física Rev. Lett. 121, 080403 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.080403

[ 27 ] Emanuele Polino, Iris Agresti, Davide Poderini, Gonzalo Carvacho, Giorgio Milani, Gabriela Barreto Lemos, Rafael Chaves, and Fabio Sciarrino. “Prueba independiente del dispositivo de un experimento de elección diferida”. física Rev. A 100, 022111 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022111

[ 28 ] S. Gómez, A. Mattar, I. Machuca, ES Gómez, D. Cavalcanti, O. Jiménez Farías, A. Acín, and G. Lima. “Investigación experimental de estados parcialmente entrelazados para generación de aleatoriedad independiente del dispositivo y protocolos de autocomprobación”. física Rev. A 99, 032108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.032108

[ 29 ] Davide Poderini, Iris Agresti, Guglielmo Marchese, Emanuele Polino, Taira Giordani, Alessia Suprano, Mauro Valeri, Giorgio Milani, Nicolò Spagnolo, Gonzalo Carvacho, et al. “Violación experimental de n-localidad en una red cuántica estelar”. Nat. común 11, 1–8 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-16189-6

[ 30 ] Santiago Tarragó Vélez, Vivishek Sudhir, Nicolás Sangouard y Christophe Galland. “Correlaciones de campana entre luz y vibración en condiciones ambientales”. ciencia Adv. 6, eabb0260 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abb0260

[ 31 ] Iris Agresti, Davide Poderini, Leonardo Guerini, Michele Mancusi, Gonzalo Carvacho, Leandro Aolita, Daniel Cavalcanti, Rafael Chaves y Fabio Sciarrino. “Generación de aleatoriedad certificada independiente del dispositivo experimental con una estructura causal instrumental”. común física 3, 1–7 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42005-020-0375-6

[ 32 ] Peter Spirtes, Clark N. Glymour, Richard Scheines y David Heckerman. “Causalidad, predicción y búsqueda”. Prensa del MIT. (2000).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[ 33 ] Christopher J. Wood y Robert W. Spekkens. "La lección de los algoritmos de descubrimiento causal para las correlaciones cuánticas: las explicaciones causales de las violaciones de la desigualdad de campana requieren un ajuste fino". Nuevo J. Phys. 17, 033002 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​3/​033002

[ 34 ] John-Mark A. Allen, Jonathan Barrett, Dominic C. Horsman, Ciarán M. Lee y Robert W. Spekkens. “Causas comunes cuánticas y modelos causales cuánticos”. física Rev. X 7, 031021 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031021

[ 35 ] Eric G. Cavalcanti. “Los modelos causales clásicos para las violaciones de la desigualdad bell y kochen-specker requieren un ajuste fino”. física Rev. X 8, 021018 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021018

[ 36 ] Pawel Blasiak, Ewa Borsuk y Marcin Markiewicz. “Sobre la post-selección segura para pruebas de Bell con detectores ideales: enfoque de diagrama causal”. Cuántica 5, 575 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-11-575

[ 37 ] Valentin Gebhart, Luca Pezzè y Augusto Smerzi. "No localidad multipartita genuina con postselección de diagrama causal". física Rev. Lett. 127, 140401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.140401

[ 38 ] Valentín Gebhart y Augusto Smerzi. "Postselección de coincidencia para una no localidad multipartita genuina: diagramas causales y eficiencias de umbral" (2022). física Rev. A 106, 062202 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.062202

[ 39 ] Bernard Yurke y David Stoler. "Experimentos de desigualdad de Bell utilizando fuentes de partículas independientes". física Rev. A 46, 2229–2234 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.46.2229

[ 40 ] Bernard Yurke y David Stoler. “Efectos de Einstein-podolsky-rosen de fuentes de partículas independientes”. física Rev. Lett. 68, 1251–1254 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.1251

[ 41 ] J. D. Franson. “Desigualdad de campana para posición y tiempo”. física Rev. Lett. 62, 2205–2208 (1989).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.62.2205

[ 42 ] Sven Aerts, Paul Kwiat, Jan-Åke Larsson y Marek Żukowski. “Experimentos de dos fotones tipo franson y realismo local”. física Rev. Lett. 83, 2872–2875 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.2872

[ 43 ] Jonathan Jogenfors, Ashraf Mohamed Elhassan, Johan Ahrens, Mohamed Bourennane y Jan Åke Larsson. "Hackear la prueba de la campana usando luz clásica en la distribución de clave cuántica basada en el entrelazamiento de tiempo de energía". ciencia Adv. 1, e1500793 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1500793

[ 44 ] Adán Cabello, Alessandro Rossi, Giuseppe Vallone, Francesco De Martini y Paolo Mataloni. "Experimento de campana propuesto con entrelazamiento genuino de energía y tiempo". física Rev. Lett. 102, 040401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.040401

[ 45 ] G. Lima, G. Vallone, A. Chiuri, A. Cabello y P. Mataloni. "Violación experimental de la desigualdad de campana sin la escapatoria posterior a la selección". física Rev. A 81, 040101 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.040101

[ 46 ] Jorge Svetlichny. "Distinguir la no separabilidad de tres cuerpos de la de dos cuerpos mediante una desigualdad tipo campana". física Rev. D 35, 3066–3069 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3066

[ 47 ] N. David Mermín. “Enredo cuántico extremo en una superposición de estados macroscópicamente distintos”. física Rev. Lett. 65, 1838–1840 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838

[ 48 ] Jean-Daniel Bancal, Cyril Branciard, Nicolas Gisin y Stefano Pironio. “Cuantificación de la no localidad multipartita”. física Rev. Lett. 103, 090503 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.090503

[ 49 ] Jean-Daniel Bancal, Jonathan Barrett, Nicolás Gisin y Stefano Pironio. “Definiciones de no localidad multipartita”. física Rev. A 88, 014102 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.014102

[ 50 ] Patricia Contreras-Tejada, Carlos Palazuelos y Julio I. de Vicente. "La no localidad multipartita genuina es intrínseca a las redes cuánticas". física Rev. Lett. 126, 040501 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.040501

[ 51 ] Miguel Navascués, Elie Wolfe, Denis Rosset, and Alejandro Pozas-Kerstjens. “Enredo multipartito de red genuina”. física Rev. Lett. 125, 240505 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.240505

[ 52 ] Debashis Saha y Marcin Pawłowski. “Estructura de correlaciones no locales cuánticas y de radiodifusión”. física Rev. A 92, 062129 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.062129

[ 53 ] David Schmid, Thomas C. Fraser, Ravi Kunjwal, Ana Belén Sainz, Elie Wolfe y Robert W. Spekkens. "Comprender la interacción del entrelazamiento y la no localidad: motivar y desarrollar una nueva rama de la teoría del entrelazamiento" (2021). arXiv:2004.09194.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arxiv.2004.09194
arXiv: 2004.09194

[ 54 ] Xavier Coiteux-Roy, Elie Wolfe y Marc-Olivier Renou. “Ninguna teoría causal bipartita no local puede explicar las correlaciones de la naturaleza”. física Rev. Lett. 127, 200401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.200401

[ 55 ] Rafael Chaves, Daniel Cavalcanti, and Leandro Aolita. "Jerarquía causal de la no localidad multipartita de Bell". Cuántica 1, 23 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-08-04-23

Citado por

[1] Valentin Gebhart y Augusto Smerzi, “Postselección de coincidencia para una no localidad multipartita genuina: diagramas causales y eficiencias de umbral”, Revisión física A 106 6, 062202 (2022).

Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2023-01-13 11:42:16). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.

No se pudo recuperar Crossref citado por datos durante el último intento 2023-01-13 11:42:15: No se pudieron obtener los datos citados por 10.22331 / q-2023-01-13-897 de Crossref. Esto es normal si el DOI se registró recientemente.

Sello de tiempo:

Mas de Diario cuántico