[論文レビュー] Bell's Inequality: More Tests Are Needed

Lev Vaidman|ArXiv.org|Feb 27, 2001

Philosophy and History of Science被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ベルの不等式の検証における進展にもかかわらず、局所性と検出効率の両方の抜け穴を同時に閉じた実験はまだないとしている。本論文は、3人の遠く離れたプレーヤーが参加するGHZ型ゲームを提案する。量子系では100%の確率で勝利できるが、局所的隠れ変数理論では75%が上限であり、高効率・高速スイッチング・エンタングルド状態の準備が可能であれば、これが決定的なテストとなる。

ABSTRACT

According to recent reports, the last loopholes in testing Bell's inequality are closed. It is argued that the really important task in this field has not been tackled yet and that the leading experiments claiming to close locality and detection efficiency loopholes, although making a very significant progress, have conceptual drawbacks.

研究の動機と目的

• 既存のベルテスト実験がすべての抜け穴を決定的に閉じたという主張に反論すること。
• GHZに基づくゲームを提案し、量子非局所性の検証をより概念的・厳密にかつ決定的に行うテストとすること。
• 現在の実験では、未解決の抜け穴のため、局所的隠れ変数理論が依然として成立しうることを強調すること。
• 局所性と検出効率の両方の抜け穴を同時に閉じる実験の必要性を強調すること。
• 遠く離れた地点で相関する結果を保証するエンタングルド系を用いることで、GHZゲームに確実に勝利できるようにすること。

提案手法

• 3者によるGHZ状態を遠隔で準備し、各プレーヤーがXまたはYの測定をランダムに選択する。
• 全員がXを尋ねた場合にのみ答えの積が-1、1人がXで2人がYを尋ねた場合にのみ+1となるゲームルールを導入する。
• 局所的隠れ変数理論がこのゲームで75%を超える勝率を達成できないことを示す。
• 理想の装置を用いた量子力学では、エンタングルドGHZ状態を用いて100%の勝率を達成できることを示す。
• 測定設定を遠く離れた銀河からの光子を用いて決定することで、時空的隔たりを確保し、局所性の抜け穴を閉じる。
• 信号伝播を防ぐために高効率の検出器と高速スイッチングを要請し、検出効率の抜け穴を閉じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ベルテスト実験は、すべての局所的隠れ変数理論を決定的に除外できるか？
• RQ2 局所性の抜け穴が閉じられたとされる現在の主張は、局所的隠れ変数フレームワークにおいて妥当か？
• RQ3 GHZ型ゲームは実験的に実現可能であり、量子非局所性の検証においてより説得力のあるテストとなるか？
• RQ4 局所性と検出効率の両方の抜け穴を同時に閉じるための実験的条件は何か？
• RQ5 遠く離れた天体的源を用いて測定設定をランダム化することで、隠れ変数による信号伝播の可能性を排除できるか？

主な発見

• 提案された3者GHZゲームにおいて、局所的隠れ変数理論は75%を超える成功確率を達成できないが、量子力学では理想装置を用いれば100%の成功が可能である。
• Weihsらの実験のように、局所性の抜け穴が閉じられたとされる実験でも、隠れ変数が測定選択に影響を与えることで結果を説明できる局所的隠れ変数理論が依然として成立しうる。
• Roweらの実験は検出効率の抜け穴を閉じているが、イオン間で測定中に結果が伝達可能であるため、局所性の抜け穴は閉じられていない。
• 真の抜け穴のないベルテストには、時空的隔たりと高効率検出の両方が必要であり、測定中に信号伝播が生じないことを保証する。
• 遠く離れた銀河からの光子を測定設定に用いることで、陰謀に基づく隠れ変数理論の可能性を排除でき、局所性の抜け穴を閉じられる。
• 現在の技術では、100%の勝率を達成するGHZゲームを実現するには至っていないが、このような実験は量子非局所性を検証する上で最も説得力のあるテストとなる。