[論文レビュー] What is wrong with SLASH?

Karl Svozil|ArXiv.org|Mar 30, 2001

Quantum Mechanics and Applications参考文献 9被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、もつれ光子、非線形増幅器、遅延選択を用いて、光速を超える信号伝送を示唆する思考実験—SLASH（Second Laser-Amplified Superluminal Hookup）—を提案する。非線形デバイスにおける誘導放出を活用して、片方の光子の偏光を条件付きで増幅することで、即時的な信号伝送が可能であるように見えるが、著者は最終的にノイズ、非局所性の問題、および量子力学的整合性の制約により、この手法は失敗すると主張する。

ABSTRACT

In an experiment featuring nonlinear optics, delayed choice and EPR-type correlations, the possibility of faster-than-light communication appears not totally implausible. Attempts are put forward and discussed to refute this claim.

研究の動機と目的

• EPR型の設定における非線形光学デバイスが、超光速信号伝送を可能にするかどうかを調査すること。
• 量子力学と特殊相対性理論の間に一貫した共存が可能であるという仮定に挑戦すること。
• 非局所的で遅延選択的な設定における、量子増幅および誘導放出の限界を探索すること。
• 誘導放出による単一量子事象の能動的制御が、量子不確実性を回避できるかどうかを検証すること。
• 量子ノイズ、コherence、および超光速通信の物理的実現可能性に関する議論を喚起すること。

提案手法

• 装置は、全角運動量 0 かつパリティ +1 の状態にあるもつれ光子対を発生するEPR源を用いる。
• 一方の経路に非線形デバイス（例：レーザー）を配置し、誘導放出を介して特定の偏光状態への散乱振幅を増幅可能である。
• 増幅プロセスはFock状態を用いてモデル化される：|Ψ,n⟩ = 1/√(n+2) [ (n+1)^1/2 |↑1⟩|↑2⟩ + |↔1⟩|↔2⟩ ]、ここでnはデバイス内に事前に存在する光子数を表す。
• デバイスをビーム経路に挿入・除去することで、反対側の検出率を変調し、信号伝送のメカニズムを構築する。
• 信号の相関性と可視性を最大化するために、理想効率および完全な偏光整合を仮定する。
• 遅延選択構成が用いられ、非線形デバイスの挿入の意思決定が光子の放出後に下されるため、因果性の逆転と局所性の問題に挑戦する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 もつれ光子対の片方の光子に対する非線形増幅が、光速を超える信号伝送を可能にするか？
• RQ2 非線形媒質における誘導放出の使用が、非局所的設定における量子測定結果の制御を可能にするか？
• RQ3 SLASH提案における顕在的な超光速信号伝送は、量子力学および特殊相対性理論と整合するか？
• RQ4 自発的放射によるノイズが、このような信号伝送の実現可能性をどのように損なうか？
• RQ5 誘導放出の空間的非局所性を活用して、因果的信号伝送チャネルを構築できるか？

主な発見

• SLASH提案は、一方の経路に非線形増幅器を挿入・除去することで検出率を変調するという点で、光速を超える信号伝送を可能にするように見える。
• 無限大の事前存在光子数（n→∞）の極限において、状態は|↑1⟩|↑2⟩に収束し、完全な相関と最大の信号変調を示唆する。
• 非線形デバイスを挿入すると、反対側の検出率は、偏光子がない場合の1/2から1（または0）に低下するため、信号伝送の可能性が示唆される。
• しかし、デバイスは自発的放射によるノイズを発生させ、信号が遮断されるため、ノイズレスなフィルタが使用されない限り、信号はかき消される。
• 後方散乱光子を遮断するノイズレスで透過率の高いフィルタの実現可能性は、未解決であり、疑わしい問題である。
• 非線形デバイスの効果が空間的近接性に依存するという事実により、この議論は揺らぎ、距離とともに統計的相関が減少し、長距離信号伝送は無効になる。