[論文レビュー] Nonlocality - The party may be over

Trevor W. Marshall|ArXiv.org|Mar 9, 2002

Quantum Mechanics and Applications参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、自己発光的パラメトリック下劈（SPDC）が非線形結晶内のゼロ点場モードの増幅であると提唱し、理論的に予測されているが観測されていない自己発光的パラメトリック上劈（SPUC）の現象を導入する。SPUCがSPDCと位相一致対称であることから、著者らは光のもつれを局所的で実在論的なゼロ点場理論によって一貫して説明できることを主張し、量子光学における非局所的光子に基づく解釈に挑戦する。

ABSTRACT

We demonstrate that the phenomenon known as Spontaneous Parametric Down Conversion is really an amplification, in a nonlinear crystal pumped by a laser, of certain pairs of modes of the electromagnetic zeropoint field. The demonstration is achieved by showing the existence of a related phenomenon, Spontaneous Parametric Up Conversion. This phenomenon, once observed, will cast doubt on the quantum-optical theory, which treats photons as the elementary objects of the light field. It will also lend greater credibility to the zeropoint-field description of optical entanglement phenomena. That description is based on the unquantized light field and is consistently local, in contrast with the nonlocal description of Quantum Optics.

研究の動機と目的

• 電磁的ゼロ点場（ZPF）に基づく局所的で実在論的な理論的代替案を提示することで、量子光学における非局所的で光子に基づく解釈に挑戦すること。
• SPDCが光子の生成ではなく、非線形結晶内に既に存在するZPFモードの増幅であることを示すこと。
• SPDCの対称的対応としての自己発光的パラメトリック上劈（SPUC）の予測と正当化を行い、検証可能な主要な予測を提示すること。
• 標準的な量子光学的検出モデルが局所的作用の原理（PLA）に違反することを示し、場の振幅に基づく局所的検出理論を提唱すること。

提案手法

• SPUCをSPDCの時間反転過程として定式化し、赤外レーザーと真空中紫外モードが可視信号を生成するものとし、同一の位相一致条件を用いる。
• 一定のポンプ振幅を仮定したもとで、ポンプ、真空中、信号波の振幅 $A_1$、$A_2$、$A_3$ の線形化されたモード結合方程式を適用する。
• 位相不一致 $\Delta'$ に対する sinc-二乗依存性を用いて、結晶長 $l$ にわたる信号モードの強度増大を計算し、$\Delta' = \sqrt{\Delta^2 + \beta_1 I_2 \beta_3}$ とする。
• 完全な横方向位相一致を仮定したもとで、連立微分方程式 $dA_1/dz = i\beta_1 A_2 e^{i\Delta z} A_3$ および $dA_3/dz = i\beta_3 A_2^* e^{-i\Delta z} A_1$ を用いてSPUCの強度転送関係を導出する。
• sinc-二乗エンベロープを用いて、BBO結晶内の屈折性の違いによる影響を考慮し、方位角方向および波長ごとのSPUC強度分布を計算し、偏心したレインボウを示す。
• 同一のポンプ強度を用いてSPUCとSPDCの強度を比較し、可視スペクトルの広い範囲でSPUC強度がSPDCの約50%に達することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自己発光的パラメトリック下劈（SPDC）は、光子の生成を仮定せずに、ゼロ点場モードの増幅として説明可能か？
• RQ2 SPDCの対称的対応としての自己発光的パラメトリック上劈（SPUC）が存在するか。これは位相一致において区別できないが、物理的解釈が異なる。
• RQ3 SPUCの存在が、非局所的収束と正規順序アルゴリズムに依存する標準的な量子光学的検出処理を根底から覆すのか？
• RQ4 非局所的光子像に内在する非局所性を避けることができ、観測されたSPDCおよびSPUC強度を一貫して再現できる局所的で実在論的な検出理論を構築可能か？
• RQ5 ベル実験における増幅禁止仮説の破れは、検出器応答に関する誤った仮定に起因するのではなく、非局所性に起因するのか？

主な発見

• 845 nmの赤外レーザーが垂直に入射するBBO結晶では、SPUCが可視光の偏心レインボウを生成することが予測され、最も強い放射は方位角180°付近に集中する。
• SPUC強度は、両プロセスのポンプ強度が等しい場合、SPDC強度のおよそ50%に達することが計算されている。
• SPUCレインボウはポンプビームの中心に位置しない。これはBBO結晶内の屈折性の違いにより、紫外モードの屈折率が角度に依存するためである。
• SPUCの位相一致条件はSPDCと同一であるため、SPDCが実在のプロセスであるならば、SPUCも実在でなければならない。これは観測されていないが、その根拠は明確である。
• SPUCの強度転送方程式は、ポンプ強度と結晶長に依存する共鳴結合メカニズムを通じて信号モードが増幅されることを示し、位相不一致に対するsinc-二乗依存性を示す。
• このモデルは、標準的な量子光学的検出メカニズムが局所的作用の原理に違反することを示し、場の振幅に基づく局所的で実在論的な理論が、SPDCおよびSPUCを一貫して説明できることを示している。