[論文レビュー] Bell tests with arbitrarily low photodetection efficiency and homodyne measurements

Mateus Araújo, Marco Túlio Quintino+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2011

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 1被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、ホモダイン測定とエンタングルドコherent状態を組み合わせることで、任意に低い光検出効率でも抜け穴のないベルテストを実現する手法を提案する。連続変数の性質を活用することで、効率の悪い検出器でも量子非局所性を検証可能であることを示し、現実的な検出条件のもとでベル不等式の破れを達成する。

ABSTRACT

Mateus Araujo,1 Marco Tulio Quintino,1 Daniel Cavalcanti,2 Marcelo Franca Santos,1 Adan Cabello,3, 4 and Marcelo Terra Cunha5 1Departamento de Fisica, Universidade Federal de Minas Gerais, Caixa Postal 702, 30123-970 Belo Horizonte, MG, Brazil 2Centre for Quantum Technologies, National university of Singapore, 3 Science drive, Singapore 117543 3Departamento de Fisica Aplicada II, Universidad de Sevilla, E-41012 Sevilla, Spain 4Department of Physics, Stockholm University, S-10691 Stockholm, Sweden 5Departamento de Matematica, Universidade Federal de Minas Gerais, Caixa Postal 702, 30123-970 Belo Horizonte, MG, Brazil (Dated: December 9, 2011)

研究の動機と目的

• 低光検出効率の現実的条件下で、ベルテストにおける検出抜け穴を閉じること。
• 離散的qubitではなく連続変数系を用いた量子非局所性の検証の可能性を検討すること。
• エンタングルドコherent状態に対するホモダイン測定が、効率の悪い検出器でもベル不等式の破れを達成できることを示すこと。
• 検出器の非効率性に対して耐性を持つ、実験的ベルテストのための堅牢なフレームワークを提供すること。
• 限られた検出効率を伴う実用的光通信実装にまで、ベル非局所性テストの適用範囲を拡張すること。

提案手法

• 連続変数測定を可能にするため、ベル非局所性テストのリソースとしてエンタングルドコherent状態を用いる。
• 電磁場の四乗成分を抽出するためにホモダイン測定を採用し、高効率の単一光子検出器を必要としない。
• ホモダイン測定の結果を想定した連続変数系に特化したベル不等式を導出する。
• ベル不等式の破れを観測するための検出効率の閾値を分析し、それが任意に低くてもよいことを示す。
• 低検出効率下でもテストが抜け穴のない状態を保つように、セキュリティ解析を実施する。
• 量子状態工学と測定戦略の組み合わせにより、現実的な実験条件を模擬する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 連続変数測定を用いることで、任意に低い光検出効率でもベル非局所性を実証できるか？
• RQ2 ベルテストにおける検出効率要件について、ホモダイン測定は従来の光検出と比べてどのように異なるか？
• RQ3 連続変数系の設定において、ベル不等式の破れを観測するための最小検出効率は何か？
• RQ4 エンタングルドコherent状態は、現実的な光通信実験における抜け穴のないベルテストの有効なリソースとして機能できるか？
• RQ5 提案されたベルテストフレームワークは、検出器の非効率性や実験的ノイズに対してどれほど頑健か？

主な発見

• 提案されたベルテストは、任意に低い光検出効率でも連続変数ベル不等式の破れを達成する。
• エンタングルドコherent状態に対するホモダイン測定により、高効率の単一光子検出器を必要とせず、抜け穴のないベルテストが可能になる。
• 非局所性を観測するための検出効率の閾値は、従来の離散変数ベルテストと比較して顕著に低くなる。
• フレームワークは検出器の非効率性に対して頑健であり、近い将来の実験的実装に適している。
• 理論的解析により、理想的な条件下では検出効率がゼロに近づいてもベル不等式の破れが継続することを確認した。
• この手法により、従来の光検出では非効率のために失敗してしまう系においても、量子非局所性の実験的検証が可能になる。