Õiglase valimi moodustamise eelduse laiendamine põhjuslike diagrammide abil

Õiglase valimi moodustamise eelduse laiendamine põhjuslike diagrammide abil

Valentin Gebhart ja Augusto Smerzi

QSTAR, INO-CNR ja LENS, Largo Enrico Fermi 2, 50125 Firenze, Itaalia

Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.

Abstraktne

Soovimatute mõõtmistulemuste kõrvalejätmine Belli katsetes avab tuvastamise lünga, mis takistab mittelokaalsuse lõplikku demonstreerimist. Kuna tuvastamislünga sulgemine on paljude praktiliste Belli katsete jaoks suur tehniline väljakutse, on tavaks eeldada nn õiglase valimi moodustamise eeldust (FSA), mis oma algsel kujul väidab, et kollektiivselt valitud statistika on õiglane valim ideaalne statistika. Siin analüüsime FSA-d põhjusliku järelduse vaatepunktist: tuletame põhjusliku struktuuri, mis peab esinema igas põhjuslikus mudelis, mis ustavalt FSA kapseldab. See pakub lihtsat, intuitiivset ja ühendavat lähenemisviisi, mis hõlmab FSA erinevaid aktsepteeritud vorme ja rõhutab, mida FSA kasutamisel tegelikult eeldatakse. Seejärel näitame, et FSA-d ei saa rakendada mitte ainult mitteideaalsete detektorite või ülekandekadudega stsenaariumides, vaid ka ideaalsetes katsetes, kus ainult osa korrelatsioonidest on järelvalitud, nt kui osakeste sihtkohad on superpositsiooni olekus. Lõpuks näitame, et FSA on rakendatav ka mitmeosaliste stsenaariumide puhul, mis testivad (tõelist) mitmeosalist mittelokaalsust.

Üks peamisi takistusi Belli mittelokaalsuse demonstreerimisel on ülitõhusate detektorite nõue. Seda keerulist raskust välditakse tavaliselt eeldades, et vaadeldava statistika võimalikud kohalikud-realistlikud selgitused on piiratud, mida nimetatakse õiglase valimi eelduseks (FSA). Selles töös tuletame kohalike peidetud muutujamudelite põhjuslike diagrammide jaoks vajaliku struktuuri, mis peab olema FSA tõepäraseks kapseldamiseks. See struktuur toob esile selle, mida FSA eeldades tegelikult eeldatakse, ja seda saab kasutada kirjanduses leiduvate FSA erinevate vormide võrdlemiseks. Lõpuks näitame, et põhjuslikku diagrammi FSA saab rakendada ka Belli katsetes, kus osakeste sihtkohad on juhuslikud, või mitmeosalistes katsetes, mis testivad tõelist mitmeosalist mittelokaalsust.

► BibTeX-i andmed

► Viited

[1] John S Bell. "Einstein Podolski roosi paradoksist". Physics, 1, 195 (1964).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[2] John S Bell. "Kohalike beablite teooria". Raamatus „Kvantmehaanika kõnetav ja kõnelematu: kogutud ettekanded kvantfilosoofiast“. Lk 52–62. Cambridge University Press (2004). 2 väljaanne.
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511815676

[3] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani ja Stephanie Wehner. "Kellade mittepaiksus". Rev. Mod. Phys. 86, 419–478 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.86.419

[4] Juuda pärl. "Põhjuslikkus: mudelid, arutluskäik ja järeldused". Cambridge University Press. (2009).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511803161

[5] Philip M. Pearle. "Peidetud muutuja näide, mis põhineb andmete tagasilükkamisel". Phys. Rev. D 2, 1418–1425 (1970).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.2.1418

[6] John F. Clauser ja Michael A. Horne. "Objektiivsete kohalike teooriate eksperimentaalsed tagajärjed". Phys. Rev. D 10, 526–535 (1974).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.10.526

[7] DS Tasca, SP Walborn, F. Toscano ja PH Souto Ribeiro. "Tuunitavate popescu-rohrlichi korrelatsioonide vaatlemine Gaussi oleku järelvaliku kaudu". Phys. 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 ja Christian Kurtsiefer. "Kella ebavõrdsuse rikkumise eksperimentaalne teesklemine". Phys. Rev. Lett. 107, 170404 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.107.170404

[9] Enrico Pomarico, Bruno Sanguinetti, Pavel Sekatski, Hugo Zbinden ja Nicolas Gisin. "Põimunud footoni eksperimentaalne võimendamine: mis siis, kui tuvastamise lünka eiratakse?". Uus J. Phys. 13, 063031 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​6/​063031

[10] J Romero, D Giovannini, DS Tasca, SM Barnett ja MJ Padgett. Kohandatud kahe footoni korrelatsioon ja õiglane valim: hoiatav lugu. Uus J. Phys. 15, 083047 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​8/​083047

[11] N. David Mermin. "EPR eksperiment – ​​mõtted "lüngast"". Ann. NY Acad. Sci. 480, 422–427 (1986).
https://​/​doi.org/​10.1111/​j.1749-6632.1986.tb12444.x

[12] Philippe H. Eberhard. "Lünkadeta Einstein-Podolsky-Roseni eksperimendi jaoks vajalik tausttase ja vastuefektiivsus". Phys. Rev. A 47, R747–R750 (1993).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.47.R747

[13] Fabio Sciarrino, Giuseppe Vallone, Adán Cabello ja Paolo Mataloni. "Kellakatsetused juhuslike sihtkoha allikatega". Phys. Rev. A 83, 032112 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.83.032112

[14] Anupam Garg ja ND Mermin. "Detektori ebaefektiivsus Einstein-Podolsky-Roseni eksperimendis". Phys. Rev. D 35, 3831–3835 (1987).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.35.3831

[15] Jan-Åke Larsson. "Belli ebavõrdsus ja detektori ebaefektiivsus". Phys. 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 ja David J Wineland. "Kellade ebavõrdsuse eksperimentaalne rikkumine tõhusa tuvastamisega". Nature 409, 791–794 (2001).
https://​/​doi.org/​10.1038/​35057215

[17] DN Matsukevich, P. Maunz, DL Moehring, S. Olmchenk ja C. Monroe. "Kellade ebavõrdsuse rikkumine kahe kauge aatomi kubiidiga". Phys. 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 ja PG Kwiat. "Kvant-mittelokaalsuse ja rakenduste tuvastamise lünkadeta test". Phys. 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 ja Sae Woo Nam. “Kohaliku realismi tugev lünkadeta test”. Phys. 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 Gerrit Adriana E. Lita, Lynden K. Shalm, Sae Woo Nam, Thomas Scheidl, Rupert Ursin, Bernhard Wittmann ja Anton Zeilinger. "Kellateoreemi oluliste lünkadeta test takerdunud footonitega". Phys. 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 jt. "Lünkadeta kella ebavõrdsuse rikkumine, kasutades elektronide spinni, mille vahe on 1.3 kilomeetrit". Nature 526, 682–686 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1038/​nature15759

[22] John F. Clauser, Michael A. Horne, Abner Shimony ja Richard A. Holt. "Kavandatud eksperiment kohalike peidetud muutujate teooriate testimiseks". Phys. Rev. Lett. 23, 880–884 (1969).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.23.880

[23] Dominic W. Berry, Hyunseok Jeong, Magdalena Stobińska ja Timothy C. Ralph. "Kohaliku realismi testimiseks pole õiglase valimi eeldus vajalik." Phys. Rev. A 81, 012109 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.81.012109

[24] Davide Orsucci, Jean-Daniel Bancal, Nicolas Sangouard ja Pavel Sekatski. „Kuidas mõjutab järelvalik seadmest sõltumatuid nõudeid õiglase valimi moodustamise eelduse kohaselt”. Quantum 4, 238 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-03-02-238

[25] Igor Marinković, Andreas Wallucks, Ralf Riedinger, Sungkun Hong, Markus Aspelmeyer ja Simon Gröblacher. "Optomehaaniline kelluke test". Phys. 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 ja Anton Zeilinger. "Kosmilise kella test suure punase nihkega kvasarite juhuslike mõõtmisseadete abil". Phys. 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 ja Fabio Sciarrino. "Hivitatud valiku katse seadmest sõltumatu test". Phys. 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 ja G. Lima. "Osaliselt põimunud olekute eksperimentaalne uurimine seadmest sõltumatute juhuslikkuse genereerimiseks ja enesetestimise protokollide jaoks". Phys. 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 jt. "N-paikkonna eksperimentaalne rikkumine tähekvantvõrgus". Nat. Commun. 11, 1–8 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-16189-6

[30] Santiago Tarrago Velez, Vivishek Sudhir, Nicolas Sangouard ja Christophe Galland. "Kellakorrelatsioonid valguse ja vibratsiooni vahel ümbritseva keskkonna tingimustes". Sci. 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 ja Fabio Sciarrino. "Eksperimentaalne seadmest sõltumatu sertifitseeritud juhuslikkuse genereerimine koos instrumentaalse põhjusliku struktuuriga". Commun. Phys. 3, 1–7 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42005-020-0375-6

[32] Peter Spirtes, Clark N Glymour, Richard Scheines ja David Heckerman. "Põhjuslik seos, ennustus ja otsing". MIT ajakirjandus. (2000).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511803161

[33] Christopher J Wood ja Robert W Spekkens. "Kvantkorrelatsioonide põhjuslike avastamisalgoritmide õppetund: kella-ebavõrdsuse rikkumiste põhjuslikud selgitused nõuavad peenhäälestamist." Uus 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 ja Robert W. Spekkens. "Kvant-levinud põhjused ja kvant-põhjuslikud mudelid". Phys. Rev. X 7, 031021 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.7.031021

[35] Eric G. Cavalcanti. "Kella- ja kochen-speckeri ebavõrdsuse rikkumiste klassikalised põhjuslikud mudelid nõuavad peenhäälestamist". Phys. Rev. X 8, 021018 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.8.021018

[36] Pawel Blasiak, Ewa Borsuk ja Marcin Markiewicz. "Ohutu järelvalik Belli testide jaoks ideaalsete detektoritega: põhjusliku diagrammi lähenemisviis". Quantum 5, 575 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-11-575

[37] Valentin Gebhart, Luca Pezzè ja Augusto Smerzi. "Ehtne mitmeosaline mittelokaalsus koos põhjusliku diagrammi järelvalikuga". Phys. Rev. Lett. 127, 140401 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.140401

[38] Valentin Gebhart ja Augusto Smerzi. „Juhuse kokkulangevuse järelvalik tõelise mitmeosalise mittelokaalsuse jaoks: põhjuslikud diagrammid ja läve efektiivsus” (2022). Phys. Rev. A 106, 062202 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.106.062202

[39] Bernard Yurke ja David Stoler. "Belli ebavõrdsuse katsed sõltumatute osakeste allikate abil". Phys. Rev. A 46, 2229–2234 (1992).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.46.2229

[40] Bernard Yurke ja David Stoler. "Einstein-Podolsky-Roseni efektid sõltumatutest osakeste allikatest". Phys. Rev. Lett. 68, 1251–1254 (1992).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.68.1251

[41] JD Franson. "Kellade ebavõrdsus positsiooni ja aja osas". Phys. Rev. Lett. 62, 2205–2208 (1989).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.62.2205

[42] Sven Aerts, Paul Kwiat, Jan-Åke Larsson ja Marek Żukowski. "Kahefotoni fransoni tüüpi katsed ja kohalik realism". Phys. Rev. Lett. 83, 2872-2875 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.83.2872

[43] Jonathan Jogenfors, Ashraf Mohamed Elhassan, Johan Ahrens, Mohamed Bourennane ja Jan Åke Larsson. "Kellatesti häkkimine, kasutades klassikalist valgust energia-aja põimumispõhises kvantvõtmejaotuses". Sci. Adv. 1, e1500793 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.1500793

[44] Adán Cabello, Alessandro Rossi, Giuseppe Vallone, Francesco De Martini ja Paolo Mataloni. "Kavandatud kellakatse ehtsa energia-aja põimumisega". Phys. Rev. Lett. 102, 040401 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.102.040401

[45] G. Lima, G. Vallone, A. Chiuri, A. Cabello ja P. Mataloni. "Eksperimentaalne kellukese ebavõrdsuse rikkumine ilma valimisjärgse lüngata". Phys. Rev. A 81, 040101 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.81.040101

[46] George Svetlitšnõi. "Kolme keha eristamine kahe keha mitteeraldavusest kellukese tüüpi ebavõrdsuse järgi". Phys. Rev. D 35, 3066–3069 (1987).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.35.3066

[47] N. David Mermin. "Äärmuslik kvantpõimumine makroskoopiliselt eristuvate olekute superpositsioonis". Phys. Rev. Lett. 65, 1838–1840 (1990).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.65.1838

[48] Jean-Daniel Bancal, Cyril Branciard, Nicolas Gisin ja Stefano Pironio. "Mitmeosalise mittelokaalsuse kvantifitseerimine". Phys. Rev. Lett. 103, 090503 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.103.090503

[49] Jean-Daniel Bancal, Jonathan Barrett, Nicolas Gisin ja Stefano Pironio. "Mitmeosalise mittelokaalsuse määratlused". Phys. Rev. A 88, 014102 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.88.014102

[50] Patricia Contreras-Tejada, Carlos Palazuelos ja Julio I. de Vicente. "Ehtne mitmeosaline mittelokaalsus on kvantvõrkudele omane." Phys. Rev. Lett. 126, 040501 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.126.040501

[51] Miguel Navascués, Elie Wolfe, Denis Rosset ja Alejandro Pozas-Kerstjens. "Ehtne võrgu mitmeosaline takerdumine". Phys. Rev. Lett. 125, 240505 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.240505

[52] Debashis Saha ja Marcin Pawłowski. "Mittelokaalsete korrelatsioonide kvant- ja ringhäälingu struktuur". Phys. Rev. A 92, 062129 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.92.062129

[53] David Schmid, Thomas C. Fraser, Ravi Kunjwal, Ana Belen Sainz, Elie Wolfe ja Robert W. Spekkens. „Põimumise ja mittelokaalsuse koosmõju mõistmine: takerdumise teooria uue haru motiveerimine ja arendamine” (2021). arXiv:2004.09194.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arxiv.2004.09194
arXiv: 2004.09194

[54] Xavier Coiteux-Roy, Elie Wolfe ja Marc-Olivier Renou. "Ükski kahepoolne-mittelokaalne põhjusliku teooria ei saa seletada looduse korrelatsioone." Phys. Rev. Lett. 127, 200401 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.200401

[55] Rafael Chaves, Daniel Cavalcanti ja Leandro Aolita. "Mitmeosalise Belli mittelokaalsuse põhjuslik hierarhia". Quantum 1, 23 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-08-04-23

Viidatud

[1] Valentin Gebhart ja Augusto Smerzi, „Juhuslik järelvalik tõelise mitmeosalise mittelokaalsuse jaoks: põhjuslikud diagrammid ja künnisefektiivsused”, Füüsiline ülevaade A 106 6, 062202 (2022).

Ülaltoodud tsitaadid on pärit SAO/NASA KUULUTUSED (viimati edukalt värskendatud 2023-01-13 11:42:16). Loend võib olla puudulik, kuna mitte kõik väljaandjad ei esita sobivaid ja täielikke viiteandmeid.

Ei saanud tuua Ristviide viidatud andmete alusel viimase katse ajal 2023-01-13 11:42:15: 10.22331/q-2023-01-13-897 viidatud andmeid ei saanud Crossrefist tuua. See on normaalne, kui DOI registreeriti hiljuti.

Ajatempel:

Veel alates Quantum Journal