跳到主要内容
Sandbox Physics
量子物理:读懂证据

诺奖 A · 证据与操控

光子 Bell 检验:没有点击的试次也要入账

Sandbox Physics ·

高效探测器、另一份事件账本与局域时钟,怎样把分别取得的漏洞进展放进同一次实验?

高效探测器改变了问题

2013 年,Giustina 等人违反光子 Bell 不等式,无需假定已探测光子对能公平代表每个发射光子对。超导转变边缘传感器与高效收集,把损失降到适合 Eberhard 检验的程度。这项进展处理探测问题,并未同时确立后来实验那样快速、类空间分隔的设置选择。

未探测光子不是可以删掉的一行缺失数据。只保留符合,会允许探测依赖隐含指令及设置;即使留下的光子对给出漂亮偏振曲线,局域解释仍可能存在。更好探测之所以重要,是因为不等式要为不成功事件记账。

证据阅读:M. Giustina et al. (2013), Bell violation using entangled photons without the fair-sampling assumption, Nature 497, 227–230 — author manuscript

每次光学试次都写一个结果

下式约定中,加号表示指定通道出现点击,零表示该通道没有点击。每个概率都以编号标出的局域设置为条件。2015 年两个团队都使用这种 Clauser–Horne–Eberhard 形式:有利的双点击必须超过三个明确定义的惩罚项,其中包括单侧未探测。

无需量子理论就能核对局域界限。预先为两侧的每种设置各指定点击或不点击,穷举十六种指令,得到八个零分、八个负一分;随机混合不能变成正值。双侧无点击的试次贡献零分,却仍留在概率分母里。

J=p++(1,1)−p+0(1,2)−p0+(2,1)−p++(2,2)Jlocal≤0\begin{aligned}J={}&p_{++}(1,1)-p_{+0}(1,2)\\ &-p_{0+}(2,1)-p_{++}(2,2)\\ J_{\mathrm{local}}&\leq0\end{aligned}

证据阅读:M. Giustina et al. (2015), Significant-loophole-free test of Bell’s theorem with entangled photons, PRL 115, 250401 — author manuscriptL. K. Shalm et al. (2015), Strong Loophole-Free Test of Local Realism, PRL 115, 250402 — author manuscript, revised 2016

少一点纠缠可以换来更多证据

把理想关联做到最大,与在损失下把违反做到最大,并不是同一任务。Eberhard 类优化采用不相等的偏振对振幅及配套角度,压低代价高的事件。理想对称、无背景极限下,效率门槛趋近三分之二;真实背景及不完美状态会抬高要求。

这里的效率把透射、收集与探测一起计算,不能仅凭探测器规格认证整套实验。调节状态也不等于可以减去不方便的单点击。态制备与分析角度必须改善完整事件账本;两个 2015 年装置各自使用优化状态及自身效率。

证据阅读:P. H. Eberhard (1993), Background level and counter efficiencies required for a loophole-free Einstein-Podolsky-Rosen experiment — APS abstractM. Giustina et al. (2013), Bell violation using entangled photons without the fair-sampling assumption, Nature 497, 227–230 — author manuscriptL. K. Shalm et al. (2015), Strong Loophole-Free Test of Local Realism, PRL 115, 250402 — author manuscript, revised 2016

先由脉冲定义试次,再谈符合

维也纳实验把源脉冲与快速设置变化同步到一兆赫时钟,结果落在局域定义的时间槽中。Shalm 团队则使用每秒约九万九千次的同步信号,在一次开关区间内容纳数个可能的泵浦脉冲槽。这是不同光学时序,试次数不能互换。

在 Shalm 团队的几何中,有些时间槽不满足时空约束,报告的聚合采用合适的中央槽。加入额外脉冲可以增加计数,也可能破坏分隔。每侧设置选择必须位于相关发射光锥之外,且来不及影响远端结果,并计入实测延迟及不确定度。

证据阅读:M. Giustina et al. (2015), Significant-loophole-free test of Bell’s theorem with entangled photons, PRL 115, 250401 — author manuscriptL. K. Shalm et al. (2015), Strong Loophole-Free Test of Local Realism, PRL 115, 250402 — author manuscript, revised 2016

把每个团队的统计陈述留在原处

维也纳报告的 p 值上界为三点七四乘以十的负三十一次方,允许器件记忆,并计入量化的额外设置可预测性。Shalm 团队的五脉冲分析报告约五点八乘以十的负九次方;采用保守可预测性余量后,上界变为二点三乘以十的负七次方。

这些数值属于各自的记录及分析,不能拼成一次虚构实验。p 值约束的是在局域零假设及其输入假设下,统计量达到指定极端程度的机会;它不是局域性为真的概率。极小统计上界也没有衡量全部标定或人为错误。

证据阅读:M. Giustina et al. (2015), Significant-loophole-free test of Bell’s theorem with entangled photons, PRL 115, 250401 — author manuscriptL. K. Shalm et al. (2015), Strong Loophole-Free Test of Local Realism, PRL 115, 250402 — author manuscript, revised 2016

把保留的假设写出来

局域时序规则阻止符合搜索器利用远隔两端的探测时间选择光子对。新鲜设置与有根据的可预测性上界依旧重要。时空位置约束特定因果联系,却不能用实验排除延伸到共同过去的任意关联;结果何时完成,也需要明确物理约定。

链接的 Bell Lab 演示关联与采样选择,没有实现任何一方的光子源、脉冲槽记录、超导探测器或有限样本检验。本文枚举检查的是不等式的事件逻辑,不是历史时序测绘或报告显著性。证据挑战指定局域模型,并不提供可控超光速信号。

证据阅读:M. Giustina et al. (2015), Significant-loophole-free test of Bell’s theorem with entangled photons, PRL 115, 250401 — author manuscriptL. K. Shalm et al. (2015), Strong Loophole-Free Test of Local Realism, PRL 115, 250402 — author manuscript, revised 2016

来源与阅读说明

本文通过 arXiv 核读 Giustina 2013 年及两个团队 2015 年的光子原稿,重点检查不等式、试次定义与时序及统计讨论。Eberhard 1993 年 APS 摘要可读,全文未能获取。确定性枚举是本文说明性核对,不是实验记录再分析。

  1. M. Giustina et al. (2013), Bell violation using entangled photons without the fair-sampling assumption, Nature 497, 227–230 — author manuscript
  2. M. Giustina et al. (2015), Significant-loophole-free test of Bell’s theorem with entangled photons, PRL 115, 250401 — author manuscript
  3. L. K. Shalm et al. (2015), Strong Loophole-Free Test of Local Realism, PRL 115, 250402 — author manuscript, revised 2016
  4. P. H. Eberhard (1993), Background level and counter efficiencies required for a loophole-free Einstein-Podolsky-Rosen experiment — APS abstract
反馈这个页面有错误、看不明白,或者缺了什么?告诉我们
反馈类型

提交时会附带本页地址、Lab ID、网站语言和设备类型。请不要填写个人信息。反馈最多保存 12 个月。隐私政策