[論文レビュー] All-Versus-Nothing Violation of Local Realism by Swapping Entanglement

Zeng‐Bing Chen, Yu-Ao Chen+1 more|ArXiv.org|May 24, 2005

Quantum Mechanics and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、二つの独立したEPR源がもつれ光子を生成し、部分的ベル状態測定の後、もつれスワッピングによって非局所的に相関する光子を用いて、局所実在論の抜け穴のないテストを提案する。量子力学は修正されたCHSH不等式を4まで破るが、これはツァイレルソンの上限$2\sqrt{2}$を超える。これにより、低効率の検出器を用いても検出効率の抜け穴のないテストが可能になる。

ABSTRACT

The usual entanglement swapping protocol can entangle two particles that never interact. Here we demonstrate an all-versus-nothing violation of local realism for a partial entanglement swapping process. A Clauser-Horne-Shimony-Holt-type inequality for two particles entangled by entanglement swapping is proposed for a practical experiment and can be violated quantum mechanically up to 4 beyond Cirel'son's bound 2sqr(2). Our result uncovers the intriguing nonlocal character of entanglement swapping and may lead to a conclusive (loophole-free) test of local realism versus quantum mechanics. The experimental test of the nonlocality under current technology is also discussed.

研究の動機と目的

• 部分的もつれスワッピングプロセスにおける局所実在論の全対なし（AVN）違反を示すこと。
• もつれスワッピングされた粒子に適用可能な実験的に検証可能なCHSH型不等式を提案すること。
• CHSH不等式の破れを4まで達成し、標準のツァイレルソンの上限$2\sqrt{2}$を超えることで、量子非局所性の決定的テストを実現すること。
• 線形光学とイベントレディ検出のみを用いて、検出効率の抜け穴のない局所実在論のテストを可能にすること。

提案手法

• 二つの独立したEPR源が、$|\psi^{-}\rangle$ベル状態にあるもつれ光子対を発生させる。
• 別々の対からの光子2と3に対して部分的ベル状態測定を実行し、もつれスワッピングにより光子1と4をもつれるようにする。
• もつれスワッピング系に特化した修正されたCHSH不等式を導入し、量子力学的最大小で4の破れを達成する。
• 波長板、ビームスプリッタ、非破壊的CNOTゲートを含む線形光学素子を用いて、部分的ベル状態測定を実装する。
• 出力モード間の一致検出を用いて、$\epsilon = +1$の結果を特定し、もつれスワッピングの成功を示す。
• 二つの独立した源に基づくGHZ型の議論を用いて、任意に低いが非ゼロの検出効率でも局所的実在的モデルを排除する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 古典的通信なしに、部分的もつれスワッピングプロトコルにおいて全対なし（AVN）の局所実在論の破れを達成できるか？
• RQ2 もつれスワッピングされた粒子のためのCHSH不等式が、標準のツァイレルソンの上限$2\sqrt{2}$を超えて破れるか？
• RQ3 線形光学とイベントレディ検出のみを用いて、検出効率の抜け穴のない局所実在論のテストを達成できるか？
• RQ4 もつれスワッピングの非局所性は、文脈性を仮定しないGHZ型の議論においてどのように現れるか？
• RQ5 提案された装置は、現在の光子技術で実験的に実現可能か？

主な発見

• もつれスワッピングされた粒子のための提案されたCHSH不等式は、量子力学的に4まで破れるが、これは標準のツァイレルソンの上限$2\sqrt{2}$を超える。
• 二つの独立したEPR源に基づくAVN議論により、任意に低いが非ゼロの検出効率でも、局所実在的モデルと矛盾が生じる。
• 線形光学と非破壊的CNOTゲートを用いた実験的装置は、部分的ベル状態測定とイベントレディ検出を可能にし、現在の技術で実現可能である。
• 出力モード間の一致検出により、$\epsilon = +1$の結果が正しく特定され、もつれスワッピングの成功が示された。
• 独立した源に基づくGHZ型の議論により、文脈性を仮定せず、局所実在的モデルを排除でき、非局所性の主張を強化した。
• 理論的枠組みにより、局所実在論と量子力学の決定的で抜け穴のないテストへの道筋が示された。