就绪信号决定哪次尝试算作试验
2015 年,Hensen 等人把两个电子自旋放在相隔 1.3 千米的地方。可以把这里的自旋看成一种量子系统:选定方向读出,每次会得到两种结果之一。两站还没选择测量方向,中间站的光子信号就先宣告一对纠缠自旋已经就绪。接下来高效读出自旋,每次被接受的试验都有结果。
比较两种挑数据的办法。第一种先定下“已就绪”标志,再产生新的输入,之后的每个输出都保留;第二种是输入和输出都已经有了,只挑看着有利的符合事件留下。两者都在挑数据,但先后次序不同,留给局域模型的空子完全不一样。
用一个小游戏看清局域上限
CHSH 游戏能把比较讲清楚。每侧收到零或一,再回答零或一。通常两边回答相同就赢;唯独两边输入都是一时,回答必须不同。式中的 a、b 是输入,u、v 是回答,带圈的加号把“相同”记为零、“不同”记为一。两边可以事先约好指令,作答时各自只能看自己的输入;新的输入要均匀随机,并与共同指令无关。
输入组合只有四种。一份确定的局域指令,给每侧的两种输入各定一个答案;要满足其中三种组合的奇偶要求,剩下那一种就必输。把多份指令随机混用,平均胜率也超不过四分之三。
报告的 CHSH 值和游戏得分是两回事
2015 年的自旋实验记下 245 次试验,其中 196 次赢了游戏;论文还报告 CHSH 关联值为 2.42,按传统方法算的标准差为 0.20。各种设置出现的次数并不完全相等,所以关联值和由总胜率换算出的值未必一样。
简单一算,胜率是五分之四。假定各种输入出现得一样多,换算出来是 2.4,不是 2.42。两个数分别按各自定义计算,这一点点差别来自设置出现次数的不平衡。
证据阅读:B. Hensen et al. (2015), Experimental Loophole-Free Violation of a Bell Inequality Using Entangled Electron Spins Separated by 1.3 km — author manuscript, arXiv:1508.05949D. Elkouss and S. Wehner (2016), (Nearly) Optimal P-Values for All Bell Inequalities — author manuscript, arXiv:1510.07233v3; npj Quantum Information 2, 16026
器件有记忆,上限照样成立
只要每次输入都是新产生、相互独立,局域器件即使记得全部历史,每次胜率仍有同一个上限。有限样本分析可以逐次用上这个上限,不必假定装置每次表现都一样。
试验次数固定、输入理想均匀时,游戏得分的界限由成功概率为四分之三的二项分布上尾给出。输入可以预测,界限就会变;挑什么时候停,适用的检验也会变。报告 p 值时,实验怎样处理这些不完美也要一并交代。
Hensen 的分析允许器件有记忆,也计入了实测到的设置不完美,报告的 p 值约为 0.039。它说的是:如果某个指定的局域模型成立,观测到的统计量有多极端。它不是说局域性成立的概率只有百分之三点九。
引用显著性数字之前,先弄清哪些试验被接受、怎样计分、对设置作了什么假设、什么时候停止。正态误差摘要与允许对抗性记忆的检验,分别回答不同统计问题;两者都仍然需要设置相互独立这个假设。
证据阅读:D. Elkouss and S. Wehner (2016), (Nearly) Optimal P-Values for All Bell Inequalities — author manuscript, arXiv:1510.07233v3; npj Quantum Information 2, 16026B. Hensen et al. (2015), Experimental Loophole-Free Violation of a Bell Inequality Using Entangled Electron Spins Separated by 1.3 km — author manuscript, arXiv:1508.05949
不同平台用不同方法处理损失
另一条路用的是光子。Giustina 等人 2015 年采用高效探测器,并用一条明确计入“没测到”的不等式来比较。自旋平台与光学平台处理的是同一个损失难题,各自采用了不同的试验定义、计分方式和时序安排。
就绪信号带来一个明确顺序:先确认制备成功,再产生新的设置,随后保留全部已接受试验的结果。制备即便很少成功,也能沿着这个顺序做有意义的 Bell 检验;后续读出和设置独立性仍须满足相应条件。
证据阅读:Giustina et al. (2015), Significant-loophole-free test of Bell’s theorem with entangled photons