[論文レビュー] Violation of Bell's inequality by correlations of classical random signals

Andrei Khrennikov|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2011

Radiation Detection and Scintillator Technologies被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、ランダムフィールドと検出器のしきい値を用いた古典的波モデルを提案し、偏光またはスピンの同時検出結果を含む量子確率を再現する。真空中の揺らぎを古典的背景場として扱い、検出器のキャリブレーションを組み込むことで、非局所性を用いずともCHSH不等式を破る古典的信号のみを用いる。これは非客観性を伴うが、非局所性を伴わないことを示している。

ABSTRACT

We present a purely wave model (based on classical random field) which reproduces quantum probabilities (given by the fundamental law of quantum mechanics, Born's rule) including probabilities for joint detection of a pair of quantum observables (e.g., spin or polarization projections). The crucial point of our approach is that the presence of detector's threshold and calibration procedure have to be treated not as simply experimental technicalities, but as the basic counteparts of the theoretical model. The presence of the background field (vacuum fluctuations) is also the key-element of our prequantum model. It is of the classical signal type and the methods of classical signal theory (including statistical radiophysics) are used for its development. We stress that our prequantum model is not objective, i.e., the values of observables (clicks of detectors) cannot be assigned in advance, i.e., before measurement. Hence, the dilemma, nonobjectivity or nonlocality, is resolved in favor of nonobjectivity (our model is local of the classical field type). In particular, we reproduce the probabilities for the EPR-experiment for photon polarization and, hence, violate CHSH inequality for classical random signals (measured by the threshold type and properly calibrated detectors acting in the presence of the background field).

研究の動機と目的

• 非局所性を仮定せずに、量子確率を再現する古典的プリーケントムモデルの開発。
• 特定の測定条件のもとで、古典的ランダム信号から量子的な相関、特に同時検出確率がどのように生じるかを示すこと。
• 量子基礎における非局所性対非客観性のジレンマを、古典的場のダイナミクスを通じて非客観性を優先することで解決すること。
• 検出器のしきい値とキャリブレーションを、実験的欠陥ではなく理論的枠組みの基本的要素として統合すること。
• バックグラウンド（真空中）の揺らぎが存在する中で、唯一古典的ランダム信号を用いてCHSH不等式が破られるかを示すこと。

提案手法

• モデルは、プリーケントム状態を表す古典的ランダムフィールドを物理的基盤として用いる。
• 真空中の揺らぎは、統計的電波物理学および信号理論を用いて古典的背景場としてモデル化される。
• 検出器は、信号の振幅が背景場に対してどの程度であるかに依存するしきい値型デバイスとしてモデル化される。
• キャリブレーション手順は、検出結果に影響を与える重要な要素としてモデルに統合される。
• 同時検出確率は、古典的統計的手法を用いて計算され、偏光およびスピンの射影に対するボルン則を再現する。
• モデルの予測は、特に光子の偏光に対してEPR型実験と照らし合わせて検証され、CHSH不等式の破れを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 古典的ランダム信号は、量子力学が予測する同時検出確率を再現できるか？
• RQ2 しきい値検出器とバックグラウンドノイズを備えた古典的場モデルは、CHSH不等式を破るか？
• RQ3 検出器のクリックが事前に決定されていない非客観性—これは非局所性を用いずとも量子的相関を説明できるか？
• RQ4 検出器のキャリブレーションとしきい値処理は、古典的系における量子的統計を生成する上で果たす役割は何か？
• RQ5 古典的にモデル化された真空中の揺らぎは、量子確率の出現にどのように寄与するか？

主な発見

• モデルは、偏光またはスピンの射影の同時検出確率を、唯一古典的ランダム信号を用いて量子確率と再現できた。
• CHSH不等式の破れがモデルで達成された。これは、特定の条件下では古典的系が量子非局所性を模倣できることを示している。
• モデルは局所的かつ非客観的である：測定の前には検出器の結果は決定されていない。これにより、非局所性対非客観性のジレンマが解決された。
• 古典的背景場（真空中の揺らぎ）の存在が、必要な統計的相関を生成するために不可欠である。
• 検出器のしきい値処理とキャリブレーションは、単なる実験的欠陥ではなく、理論的枠組みの基本的要素である。
• 結果は、測定プロセスが適切にモデル化された場合、古典的信号のダイナミクスから量子的挙動が生じうることを示している。