Mở rộng giả định lấy mẫu hợp lý bằng cách sử dụng sơ đồ nhân quả

Mở rộng giả định lấy mẫu hợp lý bằng cách sử dụng sơ đồ nhân quả

Valentin Gebhart và Augusto Smerzi

QSTAR, INO-CNR và LENS, Largo Enrico Fermi 2, 50125 Firenze, Ý

Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.

Tóm tắt

Việc loại bỏ các kết quả đo không mong muốn trong các thí nghiệm của Bell sẽ mở ra lỗ hổng phát hiện ngăn cản sự chứng minh thuyết phục về tính phi định xứ. Vì việc đóng lỗ hổng phát hiện là một thách thức kỹ thuật lớn đối với nhiều thí nghiệm thực tế của Bell, nên theo thông lệ, người ta giả định cái gọi là giả định lấy mẫu công bằng (FSA), ở dạng ban đầu của nó, tuyên bố rằng các số liệu thống kê chung sau được chọn là một mẫu hợp lý của thống kê lý tưởng. Ở đây, chúng tôi phân tích FSA từ quan điểm suy luận nhân quả: Chúng tôi rút ra một cấu trúc nhân quả phải có trong bất kỳ mô hình nhân quả nào gói gọn FSA một cách trung thực. Điều này cung cấp một cách tiếp cận dễ dàng, trực quan và thống nhất bao gồm các dạng FSA được chấp nhận khác nhau và nhấn mạnh những gì thực sự được giả định khi sử dụng FSA. Sau đó, chúng tôi chỉ ra rằng FSA không chỉ có thể được áp dụng trong các tình huống có máy dò không lý tưởng hoặc tổn thất truyền tải mà còn trong các thí nghiệm lý tưởng trong đó chỉ các phần của mối tương quan được chọn sau, ví dụ: khi đích đến của các hạt ở trạng thái chồng chất. Cuối cùng, chúng tôi chứng minh rằng FSA cũng có thể áp dụng được trong các kịch bản nhiều bên để kiểm tra tính phi định vị nhiều bên (chính hãng).

Một trong những trở ngại chính trong việc chứng minh tính phi định xứ của Bell là yêu cầu về các máy dò hiệu quả cao. Khó khăn đầy thách thức này thường được tránh bằng cách giả định rằng những giải thích thực tế cục bộ có thể có về số liệu thống kê được quan sát bị hạn chế, được gọi là giả định lấy mẫu công bằng (FSA). Trong công việc này, chúng tôi rút ra một cấu trúc cần thiết trong sơ đồ nhân quả của các mô hình biến ẩn cục bộ, cấu trúc này phải có để gói gọn FSA một cách trung thực. Cấu trúc này nêu bật những gì người ta thực sự giả định khi giả định FSA và có thể được sử dụng để so sánh các dạng FSA khác nhau được tìm thấy trong tài liệu. Cuối cùng, chúng tôi chứng minh rằng FSA sơ đồ nhân quả cũng có thể được áp dụng trong các thí nghiệm Bell trong đó đích đến của hạt là ngẫu nhiên hoặc trong các thí nghiệm nhiều bên kiểm tra tính phi định xứ thực sự của nhiều bên.

► Dữ liệu BibTeX

► Tài liệu tham khảo

[1] John S Bell. “Về nghịch lý Einstein Podolsky Rosen”. Vật lý 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / Vật lýPhương phápFizika.1.195

[2] John S Bell. “Lý thuyết về đá địa phương”. Trong Có thể nói được và Không thể nói được trong Cơ học Lượng tử: Tuyển tập các bài viết về Triết học Lượng tử. Trang 52–62. Nhà xuất bản Đại học Cambridge (2004). Phiên bản thứ 2.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511815676

[3] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani và Stephanie Wehner. "Chuông phi địa phương". Linh mục Mod. vật lý. 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[4] Ngọc trai Judea. “Nhân quả: Mô hình, lý luận và suy luận”. Nhà xuất bản Đại học Cambridge. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[5] Philip M. Pearle. “Ví dụ về biến ẩn dựa trên việc từ chối dữ liệu”. Vật lý. Mục sư D 2, 1418–1425 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.2.1418

[6] John F. Clauser và Michael A. Horne. “Các hệ quả thực nghiệm của lý thuyết địa phương khách quan”. Vật lý. Mục sư D 10, 526–535 (1974).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.10.526

[7] DS Tasca, SP Walborn, F. Toscano và PH Souto Ribeiro. “Quan sát các mối tương quan popescu-rohrlich có thể điều chỉnh được thông qua việc lựa chọn sau trạng thái gaussian”. Vật lý. Mục sư 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 và Christian Kurtsiefer. “Thực nghiệm giả mạo vi phạm bất đẳng thức Bell”. Vật lý. Linh mục Lett. 107, 170404 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.170404

[9] Enrico Pomarico, Bruno Sanguinetti, Pavel Sekatski, Hugo Zbinden và Nicolas Gisin. “Sự khuếch đại thử nghiệm của một photon vướng víu: điều gì sẽ xảy ra nếu lỗ hổng phát hiện bị bỏ qua?”. J. Phys mới. 13, 063031 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​6/​063031

[10] J Romero, D Giovannini, DS Tasca, SM Barnett và MJ Padgett. “Tương quan hai photon phù hợp và lấy mẫu công bằng: một câu chuyện cảnh báo”. J. Phys mới. 15, 083047 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​8/​083047

[11] N. David Mermin. “Thí nghiệm EPR—suy nghĩ về “lỗ hổng””. Ann. Học viện NY. Khoa học. 480, 422–427 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1111 / j.1749-6632.1986.tb12444.x

[12] Philippe H. Eberhard. “Mức nền và hiệu suất phản ứng cần thiết cho một thí nghiệm einstein-podolsky-rosen không có lỗ hổng”. Vật lý. Mục sư A 47, R747–R750 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.R747

[13] Fabio Sciarrino, Giuseppe Vallone, Adán Cabello và Paolo Mataloni. “Thí nghiệm chuông với các nguồn đích ngẫu nhiên”. Vật lý. Mục sư A 83, 032112 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.032112

[14] Anupam Garg và ND Mermin. “Máy phát hiện sự thiếu hiệu quả trong thí nghiệm einstein-podolsky-rosen”. Vật lý. Mục sư D 35, 3831–3835 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3831

[15] Jan-Åke Larsson. “Sự bất bình đẳng của Bell và sự kém hiệu quả của máy dò”. Vật lý. Linh mục 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 và David J Wineland. “Thực nghiệm vi phạm bất đẳng thức của chuông với khả năng phát hiện hiệu quả”. Thiên nhiên 409, 791–794 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35057215

[17] DN Matsukevich, P. Maunz, DL Moehring, S. Olmschenk và C. Monroe. “Vi phạm bất đẳng thức Bell với hai qubit nguyên tử từ xa”. Vật lý. Linh mục 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 và PG Kwiat. “Thử nghiệm không có lỗ hổng phát hiện về tính phi định xứ lượng tử và các ứng dụng”. Vật lý. Linh mục 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 và Sae Woo Nam. “Thử nghiệm mạnh mẽ không có kẽ hở của chủ nghĩa hiện thực địa phương”. vật lý. Mục sư 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 và Anton Zeilinger. “Thử nghiệm không có lỗ hổng đáng kể của định lý chuông với các photon vướng víu”. vật lý. Mục sư 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. “Vi phạm bất đẳng thức chuông không lỗ hổng bằng cách sử dụng các spin của electron cách nhau 1.3 km”. Thiên nhiên 526, 682–686 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên15759

[22] John F. Clauser, Michael A. Horne, Abner Shimony, và Richard A. Holt. “Thí nghiệm được đề xuất để kiểm tra các lý thuyết biến ẩn cục bộ”. vật lý. Mục sư Lett. 23, 880–884 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880

[23] Dominic W. Berry, Hyunseok Jeong, Magdalena Stobińska và Timothy C. Ralph. “Giả định lấy mẫu công bằng là không cần thiết để kiểm tra tính hiện thực cục bộ”. Vật lý. Mục sư A 81, 012109 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.012109

[24] Davide Orsucci, Jean-Daniel Bancal, Nicolas Sangouard và Pavel Sekatski. “Việc lựa chọn sau ảnh hưởng như thế nào đến các tuyên bố không phụ thuộc vào thiết bị theo giả định lấy mẫu công bằng”. Lượng tử 4, 238 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-03-02-238

[25] Igor Marinković, Andreas Wallucks, Ralf Riedinger, Sungkun Hong, Markus Aspelmeyer và Simon Gröblacher. “Thử chuông quang cơ học”. Vật lý. Linh mục 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 và Anton Zeilinger. “Thử nghiệm chuông vũ trụ sử dụng cài đặt đo ngẫu nhiên từ các chuẩn tinh có độ dịch chuyển đỏ cao”. Vật lý. Linh mục 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 và Fabio Sciarrino. “Thử nghiệm độc lập với thiết bị của một thử nghiệm lựa chọn bị trì hoãn”. Vật lý. Mục sư 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 và G. Lima. “Điều tra thử nghiệm các trạng thái vướng víu một phần để tạo ra tính ngẫu nhiên độc lập với thiết bị và các giao thức tự kiểm tra”. Vật lý. Mục sư 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 và những người khác. “Thí nghiệm vi phạm địa phương n trong mạng lượng tử sao”. Nat. Cộng đồng. 11, 1–8 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-16189-6

[30] Santiago Tarrago Velez, Vivishek Sudhir, Nicolas Sangouard và Christophe Galland. “Mối tương quan hình chuông giữa ánh sáng và độ rung ở điều kiện môi trường xung quanh”. Khoa học. Khuyến cáo. 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 và Fabio Sciarrino. “Tạo tính ngẫu nhiên được chứng nhận độc lập với thiết bị thử nghiệm với cấu trúc nhân quả cụ thể”. Cộng đồng. Vật lý. 3, 1–7 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42005-020-0375-6

[32] Peter Spirtes, Clark N Glymour, Richard Scheines và David Heckerman. “Quan hệ nhân quả, dự đoán và tìm kiếm”. Báo chí MIT. (2000).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[33] Christopher J Wood và Robert W Spekkens. “Bài học về các thuật toán khám phá nhân quả cho các mối tương quan lượng tử: việc giải thích nguyên nhân của các vi phạm bất đẳng thức chuông cần phải tinh chỉnh”. J. Phys mới. 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 và Robert W. Spekkens. “Nguyên nhân chung lượng tử và mô hình nhân quả lượng tử”. Vật lý. Mục sư X 7, 031021 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031021

[35] Eric G. Cavalcanti. “Các mô hình nhân quả cổ điển cho các vi phạm bất đẳng thức chuông và kochen-specker cần được tinh chỉnh”. Vật lý. Mục sư X 8, 021018 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021018

[36] Pawel Blasiak, Ewa Borsuk và Marcin Markiewicz. “Về việc hậu lựa chọn an toàn cho các thử nghiệm Bell với máy dò lý tưởng: Phương pháp tiếp cận sơ đồ nhân quả”. Lượng tử 5, 575 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-11-575

[37] Valentin Gebhart, Luca Pezzè và Augusto Smerzi. “Tính không tập trung nhiều bên thực sự với sự lựa chọn sau sơ đồ nguyên nhân”. Vật lý. Linh mục Lett. 127, 140401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.140401

[38] Valentin Gebhart và Augusto Smerzi. “Sự trùng hợp ngẫu nhiên sau lựa chọn đối với tình trạng không tập trung nhiều bên thực sự: Sơ đồ nguyên nhân và hiệu quả ngưỡng” (2022). Vật lý. Mục sư A 106, 062202 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.062202

[39] Bernard Yurke và David Stoler. “Thí nghiệm bất đẳng thức Bell sử dụng các nguồn hạt độc lập”. Vật lý. Linh mục A 46, 2229–2234 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.46.2229

[40] Bernard Yurke và David Stoler. “Hiệu ứng Einstein-podolsky-rosen từ các nguồn hạt độc lập”. Vật lý. Linh mục Lett. 68, 1251–1254 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.1251

[41] JD Franson. “Sự bất bình đẳng về vị trí và thời gian”. Vật lý. Linh mục Lett. 62, 2205–2208 (1989).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.62.2205

[42] Sven Aerts, Paul Kwiat, Jan-Åke Larsson và Marek Żukowski. “Thí nghiệm kiểu Franson hai photon và chủ nghĩa hiện thực cục bộ”. Vật lý. Linh mục Lett. 83, 2872–2875 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.2872

[43] Jonathan Jogenfors, Ashraf Mohamed Elhassan, Johan Ahrens, Mohamed Bourennane và Jan Åke Larsson. “Bẻ khóa bài kiểm tra chuông bằng cách sử dụng ánh sáng cổ điển trong phân phối khóa lượng tử dựa trên sự vướng víu năng lượng-thời gian”. Khoa học. Khuyến cáo. 1, e1500793 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1500793

[44] Adán Cabello, Alessandro Rossi, Giuseppe Vallone, Francesco De Martini và Paolo Mataloni. “Thí nghiệm chuông được đề xuất với sự vướng víu năng lượng-thời gian thực sự”. Vật lý. Linh mục Lett. 102, 040401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.040401

[45] G. Lima, G. Vallone, A. Chiuri, A. Cabello và P. Mataloni. “Vi phạm bất bình đẳng chuông thử nghiệm mà không có lỗ hổng sau lựa chọn”. Vật lý. Mục sư A 81, 040101 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.040101

[46] George Svetlichny. “Phân biệt ba vật thể với hai vật thể không thể tách rời bằng bất đẳng thức hình chuông”. Vật lý. Mục sư D 35, 3066–3069 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3066

[47] N. David Mermin. “Sự vướng víu lượng tử cực độ trong sự chồng chất của các trạng thái khác biệt về mặt vĩ mô”. Vật lý. Linh mục Lett. 65, 1838–1840 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838

[48] Jean-Daniel Bancal, Cyril Branciard, Nicolas Gisin và Stefano Pironio. “Định lượng tính phi địa phương đa bên”. Vật lý. Linh mục Lett. 103, 090503 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.090503

[49] Jean-Daniel Bancal, Jonathan Barrett, Nicolas Gisin và Stefano Pironio. “Các định nghĩa về tính phi địa phương đa bên”. Vật lý. Linh mục A 88, 014102 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.014102

[50] Patricia Contreras-Tejada, Carlos Palazuelos và Julio I. de Vicente. “Tính phi định vị đa bên thực sự là bản chất của mạng lượng tử”. Vật lý. Linh mục Lett. 126, 040501 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.040501

[51] Miguel Navascués, Elie Wolfe, Denis Rosset và Alejandro Pozas-Kerstjens. “Mạng chính hãng vướng nhiều bên”. Vật lý. Linh mục Lett. 125, 240505 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.240505

[52] Debashis Saha và Marcin Pawłowski. “Cấu trúc của các mối tương quan lượng tử và phát sóng phi cục bộ”. Vật lý. Linh mục 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 và Robert W. Spekkens. “Hiểu được sự tương tác giữa sự vướng víu và tính phi định xứ: thúc đẩy và phát triển một nhánh mới của lý thuyết vướng víu” (2021). arXiv:2004.09194.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arxiv.2004.09194
arXiv: 2004.09194

[54] Xavier Coiteux-Roy, Elie Wolfe và Marc-Olivier Renou. “Không có lý thuyết nhân quả lưỡng cực-không cục bộ nào có thể giải thích được mối tương quan của tự nhiên”. Vật lý. Linh mục Lett. 127, 200401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.200401

[55] Rafael Chaves, Daniel Cavalcanti và Leandro Aolita. “Hệ thống phân cấp nhân quả của tính phi định vị Bell nhiều bên”. Lượng tử 1, 23 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-08-04-23

Trích dẫn

[1] Valentin Gebhart và Augusto Smerzi, “Sự trùng hợp ngẫu nhiên sau lựa chọn đối với tính không tập trung nhiều bên thực sự: Sơ đồ nhân quả và hiệu quả ngưỡng”, Đánh giá vật lý A 106 6, 062202 (2022).

Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2023 / 01-13 11:42:16). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.

Không thể tìm nạp Crossref trích dẫn bởi dữ liệu trong lần thử cuối cùng 2023 / 01-13 11:42:15: Không thể tìm nạp dữ liệu được trích dẫn cho 10.22331 / q-2023 / 01-13-897 từ Crossref. Điều này là bình thường nếu DOI đã được đăng ký gần đây.

Dấu thời gian:

Thêm từ Tạp chí lượng tử