[論文レビュー] Comment on "Two Fundamental Experimental Tests of Nonclassicality with Qutrits"

Radek Łapkiewicz, Peizhe Li+5 more|arXiv (Cornell University)|May 23, 2013

Statistical Mechanics and Entropy被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、光子のキュービット（qutrit）を用いたKCBS非局所性不等式の実験的検証を主張し、異なる文脈においても同一の測定基底を物理的に維持することで、文脈性が観測されることを示している。ユニタリ変換中に一つのモードを変化させないことで、一貫した文脈性のテストが保証され、追加の相関項の導入により位相的閉包が検証され、実験的不確実性下でもKCBS不等式の検証の妥当性が確認される。

ABSTRACT

In a recent paper [arXiv:1301.2887] Ahrens et al. claim that our "(...) experiment on qutrits does not test Klyachko et al.'s inequality, but an inequality with extra correlations" and that the "(...) experiment cannot be considered a proper test of a noncontextuality inequality, since the same observable is measured with different setups in different contexts". We disagree with these claims. In this note we briefly re-state how our test of the non-contextuality inequality was constructed. We explain how we keep the context of measurements when switching between different terms of the tested inequality, and we argue that we did in fact test the Klyachko, Can, Binicioglu and Shumovsky inequality. In doing so, we also clarify why our experiment is indeed a proper test of noncontextual realism.

研究の動機と目的

• 同じ観測量に対して異なる設定が用いられているとして、実験が元来のKCBS不等式を検証していないという主張を反論すること。
• 測定基底の物理的不変性が、非文脈的実在性の適切なテストを保証することを明確にすること。
• 実験的不確実性が完全な初期測定基底への回帰を妨げる場合、それを補うために追加の相関項が必要であることを示すこと。
• 変換中に一つの物理的測定を維持することで、実験設計が文脈性のテストを強制すること。
• 最終測定が初期測定と物理的に同一であることを確認するためのモード重なり測定の使用を正当化すること。

提案手法

• 実験は、ハーディングされた単一光子源を用い、検出器のクリック（−1）またはノーキック（+1）により二値観測量を測定する。
• 各ユニタリ変換は、二つの光学モードに作用するが、一つのモード（およびその射影演算子）を物理的に変化させない。
• KCBS不等式の各項の測定は、循環的に測定基底を回転させることで実現され、隣接する項間で一つの測定基底を維持する。
• 追加の相関項 ⟨A₁′A₁⟩ を測定することで、最終測定 A₁′ が初期測定 A₁ と物理的に同一であることを検証する。これは実験的ずれを補償する。
• 物理的モード重なりは、A₁ と A₁′ 間の相関をチェックすることで実験的に評価され、完全な重なりは ⟨A₁′A₁⟩ = 1 を意味する。
• 非理想実装を考慮するために、修正された不等式 ⟨A₁A₂⟩ + ⟨A₂A₃⟩ + ⟨A₃A₄⟩ + ⟨A₄A₅⟩ + ⟨A₅A₁′⟩ − ⟨A₁′A₁⟩ ≥ −4 が導出される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 KCBS不等式の実験的実装は、非局所性テストが要求するように、異なる文脈においても同一の物理的測定を維持しているか？
• RQ2 同じ観測量が異なる設定で異なる文脈に実装される場合、物理的実験が非局所性の正当なテストと見なせるか？
• RQ3 初期測定基底への完全な回帰を妨げる実験的不確実性は、KCBS不等式のテストでどのように補償すべきか？
• RQ4 追加の相関項 ⟨A₁′A₁⟩ は、測定サイクルの位相的整合性を検証する上で果たす役割は何か？
• RQ5 同じ観測量の物理的実装が文脈によって異なる場合、KCBS不等式の違反が観測されても安定的か？

主な発見

• 実験は、KCBS不等式の連続する項間で、一つの物理的測定基底を維持し、一貫した物理的条件下での文脈性のテストを実現している。
• ⟨A₁′A₁⟩ の測定により、最終測定 A₁′ が初期測定 A₁ と物理的に同一であることが確認され、理想状態では ⟨A₁′A₁⟩ ≈ 1 となる。
• 追加の項 ⟨A₁′A₁⟩ を含む修正された不等式により、実験的不確実性下でもテストが有効であることが保証される。
• 実験はKCBS不等式の違反を示し、量子力学の文脈性を確認している。
• 測定の不変性が物理的に強制されることにより、実験は非文脈的実在性の適切なテストとして正当化される。