Utvidga antagandet om rättvis urval med hjälp av kausala diagram

Utvidga antagandet om rättvis urval med hjälp av kausala diagram

Tidsstämpel: 13 januari 2023 6:41

Valentin Gebhart och Augusto Smerzi

QSTAR, INO-CNR och LENS, Largo Enrico Fermi 2, 50125 Firenze, Italien

Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Att kassera oönskade mätresultat i Bell-experiment öppnar kryphålet för detektering som förhindrar en avgörande demonstration av icke-lokalitet. Eftersom att täppa till kryphålet för detektion utgör en stor teknisk utmaning för många praktiska Bell-experiment, är det vanligt att anta det så kallade fair sampling antagandet (FSA) som i sin ursprungliga form säger att den kollektivt eftervalda statistiken är ett rättvist urval av idealisk statistik. Här analyserar vi FSA utifrån kausal slutledning: Vi härleder en kausal struktur som måste finnas i varje kausal modell som troget kapslar in FSA. Detta ger ett enkelt, intuitivt och förenande tillvägagångssätt som inkluderar olika accepterade former av FSA och understryker vad som verkligen antas när man använder FSA. Vi visar sedan att FSA inte bara kan tillämpas i scenarier med icke-ideala detektorer eller överföringsförluster, utan även i idealiska experiment där endast delar av korrelationerna efterselekteras, t.ex. när partiklarnas destinationer är i ett superpositionstillstånd. Slutligen visar vi att FSA också är tillämplig i flerpartsscenarier som testar för (äkta) flerparts icke-lokalitet.

Utvidga antagandet om rättvis urval med hjälp av kausala diagram PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

Utvald bild: Orsaksstruktur av en trogen förklaring av antagandet om rättvisa urvalet.

Populär sammanfattning

Ett av de största hindren i demonstrationen av Bells icke-lokalitet är kravet på högeffektiva detektorer. Denna utmanande svårighet undviks vanligen genom att anta att de möjliga lokalrealistiska förklaringarna av den observerade statistiken är begränsade, vilket är känt som det rättvisa urvalsantagandet (FSA). I detta arbete härleder vi en nödvändig struktur i kausaldiagrammen för de lokalt dolda variabelmodellerna, som måste finnas för att troget kapsla in FSA. Denna struktur belyser vad man verkligen antar när man antar FSA, och kan användas för att jämföra olika former av FSA som finns i litteraturen. Slutligen visar vi att kausaldiagrammet FSA också kan tillämpas i Bell-experiment där partikelns destinationer är slumpmässiga, eller i flerdelade experiment som testar för äkta flerdelad icke-lokalitet.

► BibTeX-data

► Referenser

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

[2] John S Bell. "Teorin om lokala beables". In Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics: Collected Papers on Quantum Philosophy. Sidorna 52–62. Cambridge University Press (2004). 2 upplaga.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511815676

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

[4] Judea Pearl. "Kausalitet: modeller, resonemang och slutledning". Cambridge University Press. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[5] Philip M. Pearle. "Dold variabel exempel baserat på dataavvisning". Phys. Rev. D 2, 1418-1425 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.2.1418

[6] John F. Clauser och Michael A. Horne. "Experimentella konsekvenser av objektiva lokala teorier". Phys. Rev. D 10, 526-535 (1974).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.10.526

[7] DS Tasca, SP Walborn, F. Toscano och PH Souto Ribeiro. "Observation av avstämbara popescu-rohrlich-korrelationer genom efterval av en gaussisk stat". 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 och Christian Kurtsiefer. "Experimentellt fejka kränkningen av Bells ojämlikheter". Phys. Rev. Lett. 107, 170404 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.170404

[9] Enrico Pomarico, Bruno Sanguinetti, Pavel Sekatski, Hugo Zbinden och Nicolas Gisin. "Experimentell förstärkning av en intrasslad foton: vad händer om kryphålet för detektering ignoreras?". New J. Phys. 13, 063031 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​6/​063031

[10] J Romero, D Giovannini, DS Tasca, SM Barnett och MJ Padgett. "Skräddarsydd två-foton-korrelation och rättvis sampling: en varnande berättelse". New J. Phys. 15, 083047 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​8/​083047

[11] N. David Mermin. "EPJ-experimentet – tankar om "kryphålet"". Ann. NY Acad. Sci. 480, 422-427 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1111 / j.1749-6632.1986.tb12444.x

[12] Philippe H. Eberhard. "Bakgrundsnivå och motverkningseffektivitet som krävs för ett kryphålsfritt Einstein-podolsky-rosen-experiment". Phys. Rev. A 47, R747–R750 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.R747

[13] Fabio Sciarrino, Giuseppe Vallone, Adán Cabello och Paolo Mataloni. "Block experimenterar med slumpmässiga destinationskällor". Phys. Rev. A 83, 032112 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.032112

[14] Anupam Garg och ND Mermin. "Detektorineffektivitet i Einstein-podolsky-rosen-experimentet". Phys. Rev. D 35, 3831-3835 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3831

[15] Jan-Åke Larsson. "Bells ojämlikhet och detektorineffektivitet". 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 och David J Wineland. "Experimentell kränkning av en klockas ojämlikhet med effektiv upptäckt". Nature 409, 791–794 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35057215

[17] DN Matsukevich, P. Maunz, DL Moehring, S. Olmschenk och C. Monroe. "Block ojämlikhet kränkning med två avlägsna atomära qubits". 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 och PG Kwiat. "Detektionsfritt kryphålstest av kvant-icke-lokalitet och applikationer". 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 och Sae Woo Nam. "Starkt kryphålsfritt test av lokal realism". 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 och Anton Zeilinger. "Betydande kryphålsfritt test av klockans teorem med intrasslade fotoner". 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, et al. "Kränkning av ojämlikhet utan kryphål genom att använda elektronsnurr åtskilda med 1.3 kilometer". Nature 526, 682–686 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15759

[22] John F. Clauser, Michael A. Horne, Abner Shimony och Richard A. Holt. "Föreslaget experiment för att testa lokala teorier om dolda variabler". Phys. Rev. Lett. 23, 880-884 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880

[23] Dominic W. Berry, Hyunseok Jeong, Magdalena Stobińska och Timothy C. Ralph. "Rättvist urvalsantagande är inte nödvändigt för att testa lokal realism". Phys. Rev. A 81, 012109 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.012109

[24] Davide Orsucci, Jean-Daniel Bancal, Nicolas Sangouard och Pavel Sekatski. "Hur efterval påverkar enhetsoberoende anspråk under antagandet om rättvis urval". 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 och Simon Gröblacher. "Optomekaniskt klocktest". 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 och Anton Zeilinger. "Kosmiskt klocktest med slumpmässiga mätinställningar från kvasarer med hög rödförskjutning". 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 och Fabio Sciarrino. "Enhetsoberoende test av ett experiment med fördröjt val". 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 och G. Lima. "Experimentell undersökning av delvis intrasslade tillstånd för enhetsoberoende slumpgenerering och självtestningsprotokoll". 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, et al. "Experimentell kränkning av n-lokalitet i ett stjärnkvantnätverk". Nat. Commun. 11, 1–8 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-16189-6

[30] Santiago Tarrago Velez, Vivishek Sudhir, Nicolas Sangouard och Christophe Galland. "Klockans korrelationer mellan ljus och vibrationer vid omgivningsförhållanden". 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 och Fabio Sciarrino. "Experimentell enhetsoberoende certifierad slumpgenerering med en instrumentell kausal struktur". Commun. Phys. 3, 1–7 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42005-020-0375-6

[32] Peter Spirtes, Clark N Glymour, Richard Scheines och David Heckerman. "Orsakssamband, förutsägelse och sökning". MIT press. (2000).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[33] Christopher J Wood och Robert W Spekkens. "Lektionen av kausala upptäcktsalgoritmer för kvantkorrelationer: kausala förklaringar av bell-ojämlikhet kränkningar kräver finjustering". New 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 och Robert W. Spekkens. "Vanliga kvantorsaker och kvantkausala modeller". Phys. Rev. X 7, 031021 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031021

[35] Eric G. Cavalcanti. "Klassiska orsaksmodeller för ojämlikhetskränkningar av klockor och kochen-specker kräver finjustering". Phys. Rev. X 8, 021018 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021018

[36] Pawel Blasiak, Ewa Borsuk och Marcin Markiewicz. "Om säkert efterval för Bell-tester med idealiska detektorer: Causal diagram approach". Quantum 5, 575 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-11-575

[37] Valentin Gebhart, Luca Pezzè och Augusto Smerzi. "Äkta flerdelad icke-lokalitet med kausaldiagram efter urval". Phys. Rev. Lett. 127, 140401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.140401

[38] Valentin Gebhart och Augusto Smerzi. "Slumpmässig postselektion för äkta multipartit icke-lokalitet: orsaksdiagram och tröskeleffektivitet" (2022). Phys. Rev. A 106, 062202 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.062202

[39] Bernard Yurke och David Stoler. "Bells-ojämlikhetsexperiment med hjälp av oberoende partikelkällor". Phys. Rev. A 46, 2229-2234 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.46.2229

[40] Bernard Yurke och David Stoler. "Einstein-podolsky-rosen effekter från oberoende partikelkällor". Phys. Rev. Lett. 68, 1251-1254 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.1251

[41] JD Franson. "Block ojämlikhet för position och tid". Phys. Rev. Lett. 62, 2205-2208 (1989).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.62.2205

[42] Sven Aerts, Paul Kwiat, Jan-Åke Larsson och Marek Żukowski. "Experiment av typ två foton franson och lokal 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 och Jan Åke Larsson. "Hacka klocktestet med klassiskt ljus i energi-tid förtrassling-baserad kvantnyckeldistribution". Sci. Adv. 1, e1500793 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1500793

[44] Adán Cabello, Alessandro Rossi, Giuseppe Vallone, Francesco De Martini och Paolo Mataloni. "Föreslaget klockexperiment med äkta energi-tidsförveckling". Phys. Rev. Lett. 102, 040401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.040401

[45] G. Lima, G. Vallone, A. Chiuri, A. Cabello och P. Mataloni. "Experimentell bell-ojämlikhet kränkning utan eftervalskryphålet". Phys. Rev. A 81, 040101 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.040101

[46] George Svetlichny. "Att skilja tre kroppar från två kroppar som inte kan separeras genom en klockliknande ojämlikhet". Phys. Rev. D 35, 3066-3069 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3066

[47] N. David Mermin. "Extrem kvantintrassling i en överlagring av makroskopiskt distinkta tillstånd". Phys. Rev. Lett. 65, 1838-1840 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838

[48] Jean-Daniel Bancal, Cyril Branciard, Nicolas Gisin och Stefano Pironio. "Kvantifiera icke-lokalitet med flera partier". Phys. Rev. Lett. 103, 090503 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.090503

[49] Jean-Daniel Bancal, Jonathan Barrett, Nicolas Gisin och Stefano Pironio. "Definitioner av icke-lokalitet med flera partier". Phys. Rev. A 88, 014102 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.014102

[50] Patricia Contreras-Tejada, Carlos Palazuelos och Julio I. de Vicente. "Genuin flerparts icke-lokalitet är inneboende i kvantnätverk". Phys. Rev. Lett. 126, 040501 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.040501

[51] Miguel Navascués, Elie Wolfe, Denis Rosset och Alejandro Pozas-Kerstjens. "Äkta nätverk med flera partier förveckling". Phys. Rev. Lett. 125, 240505 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.240505

[52] Debashis Saha och Marcin Pawłowski. "Struktur av icke-lokala kvant- och sändningssamband". 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 och Robert W. Spekkens. "Förstå samspelet mellan förveckling och icke-lokalitet: motivera och utveckla en ny gren av förvecklingsteori" (2021). arXiv:2004.09194.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arxiv.2004.09194
arXiv: 2004.09194

[54] Xavier Coiteux-Roy, Elie Wolfe och Marc-Olivier Renou. "Ingen bipartit-icke-lokal kausal teori kan förklara naturens samband". Phys. Rev. Lett. 127, 200401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.200401

[55] Rafael Chaves, Daniel Cavalcanti och Leandro Aolita. "Kausal hierarki av flerdelad Bell icke-lokalitet". Quantum 1, 23 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-08-04-23

Citerad av

[1] Valentin Gebhart och Augusto Smerzi, "Slumpmässig efterval för äkta icke-lokalitet med flera partier: orsaksdiagram och tröskeleffektivitet", Fysisk granskning A 106 6, 062202 (2022).

Ovanstående citat är från SAO / NASA ADS (senast uppdaterad framgångsrikt 2023-01-13 11:42:16). Listan kan vara ofullständig eftersom inte alla utgivare tillhandahåller lämpliga och fullständiga citatdata.

Det gick inte att hämta Crossref citerade data under senaste försöket 2023-01-13 11:42:15: Det gick inte att hämta citerade data för 10.22331 / q-2023-01-13-897 från Crossref. Detta är normalt om DOI registrerades nyligen.

Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.

Tidsstämpel:

Mer från Quantum Journal