Oikeudenmukaisen otanta-oletuksen laajentaminen kausaalidiagrammeilla

Oikeudenmukaisen otanta-oletuksen laajentaminen kausaalidiagrammeilla

Aikaleima: 13. tammikuuta 2023 6

Valentin Gebhart ja Augusto Smerzi

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

Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.

Abstrakti

Ei-toivottujen mittaustulosten hylkääminen Bell-kokeissa avaa tunnistusporsaanreiän, joka estää lopullisen epäpaikallisuuden osoittamisen. Koska havaitsemisporsaanreiän sulkeminen on suuri tekninen haaste monille käytännön Bell-kokeille, on tapana olettaa niin sanottu reilu otantaoletus (FSA), joka alkuperäisessä muodossaan väittää, että kollektiivisesti jälkivalitut tilastot ovat reilu näyte ihanteelliset tilastot. Tässä analysoimme FSA:ta kausaalisen päättelyn näkökulmasta: Johdamme kausaalirakenteen, jonka on oltava läsnä kaikissa kausaalimalleissa, jotka kapseloivat uskollisesti FSA:n. Tämä tarjoaa helpon, intuitiivisen ja yhdistävän lähestymistavan, joka sisältää erilaisia ​​hyväksyttyjä FSA:n muotoja ja korostaa, mitä FSA:ta käytettäessä todella oletetaan. Osoitamme sitten, että FSA:ta ei voida soveltaa vain skenaarioissa, joissa on ei-ideaaliset ilmaisimet tai lähetyshäviöt, vaan myös ihanteellisissa kokeissa, joissa vain osa korrelaatioista valitaan jälkikäteen, esim. kun hiukkasten määränpäät ovat superpositiotilassa. Lopuksi osoitamme, että FSA on sovellettavissa myös moniosaisissa skenaarioissa, jotka testaavat (aitoa) moniosaista epäpaikallisuutta.

Reilun otannan oletuksen laajentaminen kausaalidiagrammeilla PlatoBlockchain Data Intelligence. Pystysuuntainen haku. Ai.

Suositeltu kuva: Kausaalinen rakenne oikeudenmukaisen otanta-oletuksen uskollisesta selityksestä.

Suosittu yhteenveto

Yksi suurimmista esteistä Bellin epäpaikallisuuden osoittamisessa on vaatimus erittäin tehokkaista ilmaisimista. Tämä haastava vaikeus vältetään yleisesti olettamalla, että havaittujen tilastojen mahdolliset paikallis-realistiset selitykset ovat rajoitettuja, mikä tunnetaan nimellä fair sampling oletus (FSA). Tässä työssä johdamme paikallisten piilomuuttujamallien kausaalikaavioihin tarvittavan rakenteen, jonka on oltava läsnä FSA:n todenmukaisen kapseloimiseksi. Tämä rakenne korostaa, mitä todella oletetaan FSA:ta olettaessa, ja sitä voidaan käyttää vertailemaan kirjallisuudesta löytyviä FSA:n eri muotoja. Lopuksi osoitamme, että kausaalidiagrammia FSA voidaan soveltaa myös Bell-kokeissa, joissa hiukkasten määränpäät ovat satunnaisia, tai moniosaisissa kokeissa, joissa testataan aitoa moniosaista epälokaliteettia.

► BibTeX-tiedot

► Viitteet

[1] John S Bell. "Einstein Podolsky rosen paradoxista". Physics 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[2] John S Bell. "Paikallisten juomien teoria". Kirjassa Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics: Collected Papers on Quantum Philosophy. Sivut 52-62. Cambridge University Press (2004). 2 painos.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511815676

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

[4] Juudean helmi. "Syy: mallit, päättely ja päättely". Cambridge University Press. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[5] Philip M. Pearle. "Piilomuuttujaesimerkki perustuu tietojen hylkäämiseen". Phys. Rev. D 2, 1418–1425 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.2.1418

[6] John F. Clauser ja Michael A. Horne. "Objektiivisten paikallisten teorioiden kokeelliset seuraukset". 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. "Säädettävien popescu-rohrlich-korrelaatioiden havainnointi Gaussin valtion jälkivalinnan avulla". 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. "Kokeellisesti teeskentelee kellon eriarvoisuuden rikkomista". 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. "Ketkeytyneen fotonin kokeellinen vahvistus: entä jos tunnistusporsaanreikä jätetään huomiotta?". Uusi 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. "Räätälöity kahden fotonin korrelaatio ja reilu otos: varoittava tarina". Uusi J. Phys. 15, 083047 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​8/​083047

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

[12] Philippe H. Eberhard. "Einstein-podolsky-rosen-kokeessa vaaditaan tausta- ja vastatehokkuutta." 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. "Bell-kokeet satunnaisten kohdelähteiden kanssa". Phys. Rev. A 83, 032112 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.032112

[14] Anupam Garg ja ND Mermin. "Einstein-podolsky-rosenin kokeen ilmaisinten tehottomuudet". Phys. Rev. D 35, 3831-3835 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3831

[15] Jan-Åke Larsson. "Bellin epätasa-arvo ja ilmaisimen tehottomuus". 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. "Kellon epätasa-arvon kokeellinen rikkominen tehokkaalla havaitsemisella". Nature 409, 791–794 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1038 / +35057215

[17] DN Matsukevich, P. Maunz, DL Moehring, S. Olmschenk ja C. Monroe. "Kellon epätasa-arvon rikkominen kahdella etäisellä atomikubitilla". 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. "Havaitsemisporsaanrei'itön kvanttiepäpaikallisuuden testi ja sovellukset". 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. "Vahva porsaanreiätön testi paikallisesta realismista". Phys. Rev. Lett. 115, 250402 2015 (XNUMX).
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 ja Anton Zeilinger. "Kellon lauseen merkittävästä porsaanreiästä vapaa testi sotkeutuneilla fotoneilla". Phys. Rev. Lett. 115, 250401 2015 (XNUMX).
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 ym. "Rei'ittämätön kellon epätasa-arvon rikkominen käyttämällä elektronipyörteitä 1.3 kilometrin päässä toisistaan". Nature 526, 682–686 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15759

[22] John F. Clauser, Michael A. Horne, Abner Shimony ja Richard A. Holt. "Ehdotettu kokeilu paikallisten piilomuuttujien teorioiden testaamiseksi". 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. "Oikeudenmukainen otanta oletus ei ole välttämätön paikallisen realismin testaamiseksi". 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. "Kuinka jälkivalinta vaikuttaa laitteesta riippumattomiin vaatimuksiin reilun otannan perusteella". 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. "Optomekaaninen kellotesti". 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. "Kosmisen kellon testi käyttäen satunnaisia ​​mittausasetuksia korkean punasiirtymän kvasaarien avulla". 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. "Laitteesta riippumaton testi viivästetyn valinnan kokeesta". 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. "Osittain sotkeutuneiden tilojen kokeellinen tutkimus laiteriippumattomien satunnaisuuden generointi- ja itsetestausprotokollien osalta". 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 jne. "N-paikallisuuden kokeellinen rikkominen tähtikvanttiverkossa". 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. "Kellokorrelaatiot valon ja tärinän välillä ympäristöolosuhteissa". 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. "Kokeellinen laiteriippumaton sertifioitu satunnaisuuden sukupolvi instrumentaalisella kausaalisella rakenteella". 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. "Syy, ennustus ja haku". MIT lehdistö. (2000).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[33] Christopher J Wood ja Robert W Spekkens. "Kvanttikorrelaatioiden syy-etsintäalgoritmien oppitunti: kellon epätasa-arvon rikkomusten kausaaliset selitykset vaativat hienosäätöä". Uusi 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. "Kvanttiyleiset syyt ja kvantti-syymallit". Phys. Rev. X 7, 031021 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031021

[35] Eric G. Cavalcanti. "Klassiset kausaalimallit kello- ja kochen-specker-epätasa-arvorikkomuksille vaativat hienosäätöä". Phys. Rev. X 8, 021018 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021018

[36] Pawel Blasiak, Ewa Borsuk ja Marcin Markiewicz. "Turvallisesta jälkivalinnasta ihanteellisilla ilmaisimilla varustettuja Bell-testejä varten: kausaalidiagrammi". Quantum 5, 575 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-11-575

[37] Valentin Gebhart, Luca Pezzè ja Augusto Smerzi. "Aito moniosainen epäpaikallisuus kausaalikaavion jälkivalinnalla". Phys. Rev. Lett. 127, 140401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.140401

[38] Valentin Gebhart ja Augusto Smerzi. "Sattuman jälkivalinta aidolle moniosaiselle epäpaikallisuudelle: syy-kaaviot ja kynnystehokkuus" (2022). Phys. Rev. A 106, 062202 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.062202

[39] Bernard Yurke ja David Stoler. "Bellin epätasa-arvokokeet riippumattomilla hiukkaslähteillä". Phys. Rev. A 46, 2229–2234 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.46.2229

[40] Bernard Yurke ja David Stoler. "Einstein-podolsky-rosenin vaikutukset riippumattomista hiukkaslähteistä". Phys. Rev. Lett. 68, 1251-1254 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.1251

[41] JD Franson. "Kellon epätasa-arvo sijainnin ja ajan suhteen". 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. "Kaksifotonin franson-tyyppiset kokeet ja paikallinen realismi". 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. "Kellon testin hakkerointi käyttämällä klassista valoa energia-aika-kestopohjaisessa kvanttiavaimen jakaumassa". 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. "Ehdotettu kellokokeilu aidolla energia-ajan sotkeutumisella". 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. "Kokeellinen kellon epätasa-arvon rikkominen ilman jälkivalinnan porsaanreikää". Phys. Rev. A 81, 040101 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.040101

[46] George Svetlichny. "Kolmen kappaleen erottamattomuudesta kahden kappaleen erottamattomuudesta kellotyyppisellä epätasa-arvolla". Phys. Rev. D 35, 3066–3069 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3066

[47] N. David Mermin. "Äärimmäinen kvanttikettuminen makroskooppisesti erillisten tilojen superpositiossa". 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. "Multipartite nonlocality -määrittely". 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. "Multipartite nonlocality -määritelmät". 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. "Aito moniosainen ei-lokaliteetti on kvanttiverkoille ominaista." 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. "Aito verkon moniosainen takertuminen". Phys. Rev. Lett. 125, 240505 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.240505

[52] Debashis Saha ja Marcin Pawłowski. "Kvantti- ja yleisradiotoiminnan epäpaikallisten korrelaatioiden rakenne". 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. "Ketkeytymisen ja epäpaikallisuuden vuorovaikutuksen ymmärtäminen: motivoi ja kehittää sotkeutumisteorian uutta haaraa" (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. "Mikään kaksipuolinen ja ei-lokaalinen kausaaliteoria ei voi selittää luonnon korrelaatioita." Phys. Rev. Lett. 127, 200401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.200401

[55] Rafael Chaves, Daniel Cavalcanti ja Leandro Aolita. "Multipartite Bell-ei-lokaaliuden syy-hierarkia". Quantum 1, 23 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-08-04-23

Viitattu

[1] Valentin Gebhart ja Augusto Smerzi, "Sattuman jälkivalinta aidon moniosaisen epäpaikallisuuden kannalta: syy-kaaviot ja kynnystehokkuus", Fyysinen arvio A 106 6, 062202 (2022).

Yllä olevat sitaatit ovat peräisin SAO: n ja NASA: n mainokset (viimeksi päivitetty onnistuneesti 2023-01-13 11:42:16). Lista voi olla puutteellinen, koska kaikki julkaisijat eivät tarjoa sopivia ja täydellisiä viittaustietoja.

Ei voitu noutaa Crossref siteeratut tiedot viimeisen yrityksen aikana 2023-01-13 11:42:15: Ei voitu noutaa viittauksia 10.22331 / q-2023-01-13-897 mainittuihin tietoihin Crossrefiltä. Tämä on normaalia, jos DOI rekisteröitiin äskettäin.

Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Quantum Journal