A tisztességes mintavételi feltételezés kiterjesztése oksági diagramok segítségével

A tisztességes mintavételi feltételezés kiterjesztése oksági diagramok segítségével

Valentin Gebhart és Augusto Smerzi

QSTAR, INO-CNR és LENS, Largo Enrico Fermi 2, 50125 Firenze, Olaszország

Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.

Absztrakt

A Bell-kísérletek nemkívánatos mérési eredményeinek elvetése megnyitja azt az észlelési kiskaput, amely megakadályozza a nem lokalitás meggyőző kimutatását. Mivel az észlelési kiskapu bezárása nagy technikai kihívást jelent számos gyakorlati Bell-kísérlet számára, szokás feltételezni az úgynevezett tisztességes mintavételi feltevést (FSA), amely eredeti formájában azt állítja, hogy a kollektíven utólag kiválasztott statisztikák tisztességes mintát képeznek a ideális statisztika. Itt elemezzük az FSA-t az ok-okozati következtetés szempontjából: Levezetünk egy oksági struktúrát, amelynek minden olyan oksági modellben jelen kell lennie, amely hűen tartalmazza az FSA-t. Ez egy egyszerű, intuitív és egységes megközelítést biztosít, amely magában foglalja az FSA különböző elfogadott formáit, és aláhúzza azt, amit valójában feltételeznek az FSA használatakor. Ezután megmutatjuk, hogy az FSA nem csak nem ideális detektorokkal vagy átviteli veszteséggel rendelkező forgatókönyvekben alkalmazható, hanem ideális kísérletekben is, ahol a korrelációknak csak egy része kerül kiválasztásra, például amikor a részecskék rendeltetési helyei szuperpozíciós állapotban vannak. Végül bemutatjuk, hogy az FSA olyan többrészes forgatókönyvekben is alkalmazható, amelyek (valódi) többrészes nem lokalitást tesztelnek.

A Bell nem lokalitás kimutatásának egyik fő akadálya a nagy hatékonyságú detektorok követelménye. Ezt a kihívást jelentő nehézséget általában elkerülik, ha feltételezzük, hogy a megfigyelt statisztikák lehetséges lokális-realisztikus magyarázatai korlátozottak, amit fair mintavételi feltételezésnek (FSA) neveznek. Ebben a munkában a lokálisan rejtett változómodellek ok-okozati diagramjaiban levezetünk egy szükséges struktúrát, amelynek jelen kell lennie az FSA hű beágyazásához. Ez a struktúra rávilágít arra, hogy valójában mit feltételezünk az FSA feltételezésekor, és felhasználható az FSA különböző, a szakirodalomban található formáinak összehasonlítására. Végül megmutatjuk, hogy az FSA ok-okozati diagramja alkalmazható Bell-kísérletekben is, ahol a részecske rendeltetési helye véletlenszerű, vagy többrészes kísérletekben, amelyek valódi többrészes nem-lokalitást tesztelnek.

► BibTeX adatok

► Referenciák

[1] John S Bell. „Az Einstein Podolsky Rosen paradoxonról”. Physics 1, 195 (1964).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[2] John S Bell. „A lokális beables elmélete”. In Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics: Collected Papers on Quantum Philosophy. 52–62. oldal. Cambridge University Press (2004). 2 kiadás.
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511815676

[3] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani és Stephanie Wehner. „Harang nem lokalitás”. Rev. Mod. Phys. 86, 419–478 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.86.419

[4] Judea Pearl. „Okozati összefüggés: modellek, érvelés és következtetés”. Cambridge University Press. (2009).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511803161

[5] Philip M. Pearle. „Rejtett változós példa adatelutasításon alapul”. Phys. Rev. D 2, 1418–1425 (1970).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.2.1418

[6] John F. Clauser és Michael A. Horne. „Az objektív lokális elméletek kísérleti következményei”. Phys. Rev. D 10, 526–535 (1974).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.10.526

[7] DS Tasca, SP Walborn, F. Toscano és PH Souto Ribeiro. Hangolható popescu-rohrlich összefüggések megfigyelése Gauss állam utólagos kiválasztásával. 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 és Christian Kurtsiefer. „Kísérletileg színleljük a csengő egyenlőtlenségeinek megsértését”. Phys. Rev. Lett. 107, 170404 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.107.170404

[9] Enrico Pomarico, Bruno Sanguinetti, Pavel Sekatski, Hugo Zbinden és Nicolas Gisin. "Egy összegabalyodott foton kísérleti erősítése: mi van, ha figyelmen kívül hagyják az észlelési kiskaput?" Új J. Phys. 13, 063031 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​6/​063031

[10] J Romero, D Giovannini, DS Tasca, SM Barnett és MJ Padgett. „Testre szabott kétfoton korreláció és tisztességes mintavétel: figyelmeztető mese”. Új J. Phys. 15, 083047 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​8/​083047

[11] N. David Mermin. „Az EPR-kísérlet – gondolatok a „kiskapuról””. Ann. NY Acad. Sci. 480, 422–427 (1986).
https://​/​doi.org/​10.1111/​j.1749-6632.1986.tb12444.x

[12] Philippe H. Eberhard. „Háttérszint és ellensúlyozási hatékonyság szükséges egy kiskapumentes Einstein-Podolsky-Rosen kísérlethez”. Phys. Rev. A 47, R747–R750 (1993).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.47.R747

[13] Fabio Sciarrino, Giuseppe Vallone, Adán Cabello és Paolo Mataloni. „Harangkísérletek véletlenszerű célforrásokkal”. Phys. Rev. A 83, 032112 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.83.032112

[14] Anupam Garg és ND Mermin. „A detektorok nem megfelelő hatékonysága az Einstein-Podolsky-Rosen kísérletben”. Phys. Rev. D 35, 3831–3835 (1987).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.35.3831

[15] Jan-Åke Larsson. "Bell egyenlőtlensége és a detektor hatástalansága". 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 és David J Wineland. „A harang egyenlőtlenségének kísérleti megsértése hatékony észleléssel”. Nature 409, 791–794 (2001).
https://​/​doi.org/​10.1038/​35057215

[17] DN Matsukevich, P. Maunz, DL Moehring, S. Olmschenk és C. Monroe. „Bell egyenlőtlenség megsértése két távoli atomkubittel”. 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 és PG Kwiat. „Kvantum-nonlokalitás és alkalmazások észlelési kiskapu-mentes tesztje”. 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 és Sae Woo Nam. „A helyi realizmus erős kiskapu-mentes tesztje”. 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 Gerrits Adriana E. Lita, Lynden K. Shalm, Sae Woo Nam, Thomas Scheidl, Rupert Ursin, Bernhard Wittmann és Anton Zeilinger. „Harang-tétel szignifikáns kiskapu-mentes tesztje összegabalyodott fotonokkal”. 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 és mások. „Kiskapuk mentes harangegyenlőtlenség megsértése 1.3 kilométeres elektronpörgetésekkel”. Nature 526, 682–686 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1038/​nature15759

[22] John F. Clauser, Michael A. Horne, Abner Shimony és Richard A. Holt. „Javasolt kísérlet a lokális rejtett változós elméletek tesztelésére”. Phys. Rev. Lett. 23, 880-884 (1969).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.23.880

[23] Dominic W. Berry, Hyunseok Jeong, Magdalena Stobińska és Timothy C. Ralph. „A tisztességes mintavételi feltételezés nem szükséges a helyi realizmus teszteléséhez”. Phys. Rev. A 81, 012109 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.81.012109

[24] Davide Orsucci, Jean-Daniel Bancal, Nicolas Sangouard és Pavel Sekatski. „Hogyan befolyásolja az utólagos kiválasztás az eszközfüggetlen követeléseket a tisztességes mintavételi feltételezés alapján”. 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 és Simon Gröblacher. „Optomechanikus csengőteszt”. 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 és Anton Zeilinger. „Kozmikus harangteszt nagy vöröseltolódású kvazárok véletlenszerű mérési beállításaival”. 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 és Fabio Sciarrino. „Késleltetett választási kísérlet eszközfüggetlen tesztje”. 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 és G. Lima. „Részlegesen összefonódott állapotok kísérleti vizsgálata eszközfüggetlen véletlenszerűség-generáláshoz és öntesztelő protokollokhoz”. 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 és mások. „Az n-helység kísérleti megsértése csillagkvantumhálózatban”. Nat. Commun. 11, 1–8 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-16189-6

[30] Santiago Tarrago Velez, Vivishek Sudhir, Nicolas Sangouard és Christophe Galland. „Harangkorrelációk a fény és a rezgés között környezeti körülmények között”. 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 és Fabio Sciarrino. „Kísérleti eszközfüggetlen hitelesített véletlenszerűség generálás instrumentális oksági szerkezettel”. Commun. Phys. 3, 1–7 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42005-020-0375-6

[32] Peter Spirtes, Clark N Glymour, Richard Scheines és David Heckerman. „Ok-okozati összefüggés, előrejelzés és keresés”. MIT sajtó. (2000).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511803161

[33] Christopher J Wood és Robert W Spekkens. „A kvantumkorrelációk kauzális felfedező algoritmusainak tanulsága: a harang-egyenlőtlenség megsértésének oksági magyarázata finomhangolást igényel”. Új 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 és Robert W. Spekkens. „Kvantum gyakori okok és kvantum-oksági modellek”. Phys. Rev. X 7, 031021 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.7.031021

[35] Eric G. Cavalcanti. „A harang és a kochen-specker egyenlőtlenség megsértésének klasszikus oksági modelljei finomhangolást igényelnek”. Phys. Rev. X 8, 021018 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.8.021018

[36] Pawel Blasiak, Ewa Borsuk és Marcin Markiewicz. „A biztonságos utóválasztásról ideális detektorokkal végzett Bell tesztekhez: Oksági diagram megközelítés”. Quantum 5, 575 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-11-575

[37] Valentin Gebhart, Luca Pezzè és Augusto Smerzi. „Valódi többrészes nem lokalitás oksági diagram utólagos szelekcióval”. Phys. Rev. Lett. 127, 140401 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.140401

[38] Valentin Gebhart és Augusto Smerzi. „Véletlenszerű utószelekció valódi többrészes nem lokalitáshoz: Ok-okozati diagramok és küszöbhatékonyságok” (2022). Phys. Rev. A 106, 062202 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.106.062202

[39] Bernard Yurke és David Stoler. „Bell-egyenlőtlenségi kísérletek független részecskeforrások felhasználásával”. Phys. Rev. A 46, 2229–2234 (1992).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.46.2229

[40] Bernard Yurke és David Stoler. „Einstein-podolsky-rosen hatások független részecskeforrásokból”. Phys. Rev. Lett. 68, 1251-1254 (1992).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.68.1251

[41] JD Franson. „Harang egyenlőtlenség a pozíció és az idő tekintetében”. Phys. Rev. Lett. 62, 2205–2208 (1989).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.62.2205

[42] Sven Aerts, Paul Kwiat, Jan-Åke Larsson és Marek Żukowski. „Kétfotonos franson-típusú kísérletek és lokális realizmus”. 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 és Jan Åke Larsson. „A harangteszt feltörése klasszikus fénnyel energia-idő összefonódás alapú kvantumkulcs-eloszlásban”. Sci. Adv. 1, e1500793 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.1500793

[44] Adán Cabello, Alessandro Rossi, Giuseppe Vallone, Francesco De Martini és Paolo Mataloni. „Javasolt harangkísérlet valódi energia-idő összefonódással”. Phys. Rev. Lett. 102, 040401 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.102.040401

[45] G. Lima, G. Vallone, A. Chiuri, A. Cabello és P. Mataloni. „Kísérleti harang-egyenlőtlenség megsértése az utószelektív kiskapu nélkül”. Phys. Rev. A 81, 040101 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.81.040101

[46] George Svetlichny. „A három test megkülönböztetése a két test elválaszthatatlanságától egy harang típusú egyenlőtlenséggel”. Phys. Rev. D 35, 3066–3069 (1987).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.35.3066

[47] N. David Mermin. „Extrém kvantumösszefonódás makroszkopikusan eltérő állapotok szuperpozíciójában”. Phys. Rev. Lett. 65, 1838–1840 (1990).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.65.1838

[48] Jean-Daniel Bancal, Cyril Branciard, Nicolas Gisin és Stefano Pironio. „Multipartite nonlocality kvantitatív meghatározása”. Phys. Rev. Lett. 103, 090503 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.103.090503

[49] Jean-Daniel Bancal, Jonathan Barrett, Nicolas Gisin és Stefano Pironio. „A többrészes nem lokalitás definíciói”. Phys. Rev. A 88, 014102 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.88.014102

[50] Patricia Contreras-Tejada, Carlos Palazuelos és Julio I. de Vicente. „A valódi többrészes nem lokalitás a kvantumhálózatok velejárója.” Phys. Rev. Lett. 126, 040501 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.126.040501

[51] Miguel Navascués, Elie Wolfe, Denis Rosset és Alejandro Pozas-Kerstjens. „Eredeti hálózati többrészes összefonódás”. Phys. Rev. Lett. 125, 240505 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.240505

[52] Debashis Saha és Marcin Pawłowski. „A kvantum- és műsorszórási nemlokális korrelációk szerkezete”. 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 és Robert W. Spekkens. „Az összefonódás és a nem lokalitás kölcsönhatásának megértése: az összefonódáselmélet új ágának motiválása és fejlesztése” (2021). arXiv:2004.09194.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arxiv.2004.09194
arXiv: 2004.09194

[54] Xavier Coiteux-Roy, Elie Wolfe és Marc-Olivier Renou. „Egyetlen kétoldalú-nemlokális oksági elmélet sem tudja megmagyarázni a természet összefüggéseit”. Phys. Rev. Lett. 127, 200401 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.200401

[55] Rafael Chaves, Daniel Cavalcanti és Leandro Aolita. „A többrészes Bell nonlokalitás ok-okozati hierarchiája”. Quantum 1, 23 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-08-04-23

Idézi

[1] Valentin Gebhart és Augusto Smerzi, „Véletlen utószelekció valódi többrészes nem lokalitásért: Ok-okozati diagramok és küszöbhatékonyságok”, Fizikai áttekintés A 106 6, 062202 (2022).

A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2023-01-13 11:42:16). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.

Nem sikerült lekérni Az adatok által hivatkozott kereszthivatkozás utolsó próbálkozáskor 2023-01-13 11:42:15: Nem sikerült lekérni a 10.22331/q-2023-01-13-897 hivatkozás által hivatkozott adatokat a Crossref-től. Ez normális, ha a DOI-t nemrég regisztrálták.

Időbélyeg:

Még több Quantum Journal