[論文レビュー] An Inquiry into the Possibility of Nonlocal Quantum Communication

John G. Cramer, Nick Herbert|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2014

Quantum Information and Cryptography参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、変動するエンタングルメントを示す光子系を通じて、非局所的量子通信が可能かどうかを調査している。偏光および経路エンタングルメントを用いた Gedankenexperiment を用い、干渉パターンが測定選択によってオン・オフに切り替えられても、常に『信号』と『アンチ信号』の干渉パターンが相殺され、観測可能な非局所的信号は生じないことを示している。主な結果として、1粒子と2粒子の干渉の量子的補完性が、テストされたすべての構成において非局所的信号の伝播を遮断している。

ABSTRACT

The possibility of nonlocal quantum communication is considered. We investigate three $gedankenexperiments$ that have variable entanglement: (1) a 4-detector polarization-entangled system, (2) a 4-detector path-entangled system, and (3) a 3-detector path-entangled system that uses an innovative optical mixer to combine photon paths. A new quantum paradox is reviewed in which the presence or absence of an interference pattern in a path-entangled two photon system, controlled by measurement choice, is a potential nonlocal signal. We show that for the cases considered, even when interference patterns can be switched off and on, there is always a "signal" interference pattern and an "anti-signal" interference pattern that mask any observable interference when they are added, even when entanglement and coherence are simultaneously present. This behavior can be attributed to what in the literature has been called "the complementarity of one- and two-particle interference".

研究の動機と目的

• 変動するエンタングルメントを示す量子系を通じて、非局所的信号伝播が可能かどうかを調査すること。
• 4検出器の偏光エンタングルド系、4検出器の経路エンタングルド系、および光混合器を備えた3検出器の経路エンタングルド系の3つの Gedankenexperiment を分析すること。
• 71% のエンタングルメントがコherency と非局所的信号伝播を可能にするという仮説を検証すること。
• 干渉の補完性が非局所的通信を防ぐ役割を果たすメカニズムを検討すること。
• 解析的および数値的手法を用いて、見かけ上切り替え可能な干渉パターンがあるにもかかわらず、非局所的信号が生じないことを確認すること。

提案手法

• エンタングルド光子対の量子形式を用いた、同時検出確率の解析的導出。
• 波動関数の重なりと検出確率を検出器表面全体にわたって数値的統合すること。
• 位相パラメータ（α、φA、φB）を用いて、変動するエンタングルメントおよび干渉条件をモデル化すること。
• 解析的に予測された単一検出数と数値的に統合された結果を比較し、乖離がないかを検出すること。
• 1粒子干渉と2粒子干渉の補完性原理を適用し、信号のマスキングを説明すること。
• 解析的結果と数値的結果の差分関数の等高線プロットを作成し、非局所的信号の可能性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4検出器の偏光エンタングルド系において、エンタングルメントを調整することで非局所的信号伝播が可能か？
• RQ2 4検出器の経路エンタングルド系では、切り替え可能な干渉によって非局所的信号伝播が可能か？
• RQ3 光混合器を備えた3検出器の経路エンタングルド系では、測定選択によって非局所的通信が可能か？
• RQ4 1粒子干渉と2粒子干渉の補完性は、すべての非局所的信号を遮断するのに十分か？
• RQ5 検出確率の数値的予測と解析的予測が、非局所的信号伝播を可能にするような乖離を示すか？

主な発見

• 解析的に予測された検出確率と数値的に統合された検出確率との差は、数百万分の数程度であり、ほぼ完全な一致を示している。
• 差分関数の等高線プロットにおける領域 'A'、'B'、'C' は、それぞれ最大偏差 5.7×10⁻⁷、6.08×10⁻⁶、5.51×10⁻⁶ を示しており、信号のずれが無視できるほど小さいことを確認している。
• 経路エンタングルド系のウェッジ修飾構成では、数値解析により非局所的信号は不可能であると確認された。
• エンタングルメントとコherency が共存しても、干渉パターンは補完的な『信号』と『アンチ信号』のパターンが重ね合わされ、相殺されることでマスキングされる。
• 非局所的信号伝播を遮断するメカニズムは、1粒子干渉と2粒子干渉の補完性であり、以前に理論的に提唱されたとおりである。
• 標準的な量子形式は、すべてのテストされた構成において非局所的信号伝播を防ぎ、因果律を保っている。