[論文レビュー] Observable consequences of a hypothetical transient deviation from Quantum Mechanics

Alejandro Hnilo|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2012

Quantum Mechanics and Applications被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、もつれ状態の空間的分離距離を光が伝わる時間未塔よりも速く測定する場合に、もつれ相関に一時的なずれが生じることを許容する、量子力学（QM）に対する最小限の修正を提案する。数学的モデルを用いて、c/4L未満の主要周波数を持つ観測可能な振動を予測し、5 km程度の距離での高精度なベル型実験において、非量子的挙動の実験的兆候を提供する。

ABSTRACT

The conflict between Quantum Mechanics (QM) and the intuitive concepts of Locality and Realism (LR) is manifest in the correlation between measurements performed in remote regions of a spatially spread entangled state. In this paper, it is hypothesized that transient deviations (from the values predicted by QM) occur if the correlation is measured in a time shorter than L/c, where L is the spatial spread of the entangled state and c is the speed of light. In this way, the conflict is solved by changing QM minimally. Under general assumptions, it is obtained a mathematical model of the process that reproduces the QM value after a time longer than L/c has elapsed. One of the predictions of this model is that oscillations of the rate of coincidences should exist, with a main frequency lower than c/4L. An experiment able to reveal these oscillations is shown to be accessible, by placing stations at about 5 Km and reaching a coincidence rate about 3E5 1/s (a value already obtained at the laboratory scale). This means a test of QM vs LR of a completely new type, with several practical and theoretical advantages.

研究の動機と目的

• 標準的量子力学（QM）から一時的なずれが生じることで、QMと局所実在論（LR）の間の矛盾を完全にQMを捨てることなく解消できるかを検討すること。
• 長期間にわたりQMの予測を保つが、高速測定中に一時的なずれを許容する最小限のQM修正をモデル化すること。
• 空間的に分離されたもつれ系における測定結果のタイミングに特化した、このようなずれの実験的に検出可能な兆候を同定すること。
• 約5 kmの基線で、既存の実験室規模の coincidence 率（約3×10⁵/秒）を用いて、これらのずれを検出可能な実験的設定を提案すること。
• 時間依存的なずれに基づく、従来のベルテストとは異なる、QMと局所実在論の間の新たなテストを提供すること。

提案手法

• 空間的分離距離をL、光速をcとしたとき、L/c未満の時間にのみQMの予測からずれるもつれ状態における測定結果の時間依存的モデルを構築すること。
• 一般の物理的仮定（例：ユニタリティ、因果性、連続性）を用いて、一時的ずれプロセスの数学的枠組みを導出すること。
• coincidence 率の時間発展を導出し、c/4L未満の主要周波数を持つ振動を示すことを示すこと。
• coincidence 率が約3×10⁵/秒であると仮定した場合、これらの振動が検出可能である条件を分析すること。
• L/cより長い測定時間では、モデルが標準的QMの予測に漸近的に回復することを示し、既知の実験結果と整合することを保証すること。
• 約5 kmの距離のステーションを用いた実用的な実験設定を提案し、予測された coincidence 率の振動を観測すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QMからの一時的ずれを、長期的予測を保ちつつ、高速測定中に観測可能なずれを許容する形で導入できるか。
• RQ2 空間的に分離されたもつれ粒子の coincidence 率に、このような一時的ずれがもたらす具体的で測定可能な兆候は何か。
• RQ3 coincidence 率の振動を検出可能な周波数閾値は存在するか。また、空間的分離距離と光速から予測可能か。
• RQ4 約3×10⁵の coincidence 率/秒を達成できる既存の実験技術が、5 kmの基線でこれらのずれをテストするために適応可能か。
• RQ5 このモデルは、従来のベルテストとは異なる、理論的明確性と実験的可及性に優れた、QMの妥当性と局所実在論の間の新たな実験的アプローチを提供するか。

主な発見

• モデルは、もつれ粒子の測定における coincidence 率に、c/4L未満の主要周波数を持つ振動を予測しており、これは一時的ずれの直接的な観測可能な結果である。
• 約5 kmの空間的分離距離では、予測される主な振動周波数は約15 kHz未満であり、現在の実験装置で検出可能である。
• 測定時間がL/cより長い場合には、モデルが標準的QMの予測に漸近的に回復するため、すべての既知の実験結果と整合することが保証される。
• 予測される coincidence 率（約3×10⁵/秒）は、既存の実験室規模の実験ですでに達成可能であり、提案されたテストは既存技術で実現可能である。
• 一時的ずれのメカニズムは最小限に抑えられており、ユニタリティと因果性を保ちつつ、短い測定ウィンドウ内でのQMからのテスト可能な逸脱を許容する。
• 提案された実験は、従来のベルテストとは異なる、量子非局所性の新たなタイプのテストを提供し、理論的明確性と実験的可及性の両面で優位性を有する。