[논문 리뷰] Anomalous Postselection in the Hensen et al. Bell Test

Donald A. Graft|arXiv (Cornell University)|2016. 08. 08.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 22인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 헨센 등이 수행한 루프레스 벨 실험에서 이상한 사후 선택(postselection)이 발생하고 있으며, 특히 {00} 측정 설정의 현저한 부족함이 존재한다고 주장한다. 이러한 사후 선택은 양자 비국소성(quantum nonlocality)을 요구하지 않고도 관측된 초과 위반(chsh inequality violation)을 완전히 설명할 수 있다. 동일한 사후 선택을 반영한 국소 실재론적 모델(local realist model)은 실험 결과와 구분할 수 없을 정도로 유사한 결과를 생성하며, 이는 양자 비국소성에 대한 주장의 타당성을 떨어뜨리고 실험의 데이터 분석에 심각한 결함을 드러낸다.

ABSTRACT

It is shown that the data of the Hensen et al. Bell test experiment exhibits anomalous postselection that can fully account for the apparent violation of the CHSH inequality. A simulation of a local realist model implementing similar postselection is presented. The model produces an apparent violation of CHSH indistinguishable from that of the experiment. The experimental data also appears to violate no-signaling, and it is shown how postselection can produce an artifactual violation of no-signaling. The Hensen et al. experiment does not succeed in rejecting classical locality and therefore does not confirm quantum nonlocality.

연구 동기 및 목표

• 헨센 등이 수행한 벨 실험에서 사후 선택이 관측된 CHSH 부등식 위반에 영향을 미치는지 조사하기 위해
• 동일한 사후 선택 행동을 반영한 국소 실재론적 모델이 실험 결과를 재현할 수 있는지 테스트하기 위해
• 데이터에서 관측된 무신호 전달(no-signaling) 위반이 진정한 비국소성의 결과인지 아닌지 평가하기 위해
• 헨센 등이 수행한 실험의 결과가 양자 비국소성에 대한 결정적 증거로 간주되는 것이 타당한지 도전하기 위해
• 사전에 고려되지 않은 사후 선택으로 인해 실험 데이터가 국소 실재론을 배제하지 못함을 주장하기 위해

제안 방법

• 공개된 헨센 등이 수행한 분석 코드를 수정하여 양측 측정 영역에서의 무작위 설정 선택(00, 01, 10, 11)의 분포를 추출하고 분석하였다.
• 관측된 균일 분포에서의 편차, 특히 {00} 사건의 부족(1143 대 예상 1186)의 통계적 유의성을 평가하기 위해 p-값을 계산하였다.
• 실험 데이터와 동일한 방식으로 {00} 불일치 사건을 사후 선택하는 국소 실재론적 시뮬레이션을 구축하였으며, 이는 CHSH 위반을 재현하였다.
• 실험 데이터에서 관측된 무신호 전달 위반 현상에 대해 분석하여, 이러한 위반이 진정한 비국소성의 결과가 아니라 사후 선택의 산물임을 보였다.
• 악역 역할(Devil’s Advocate)과 객관적 관찰자(Dispassionate Observer)의 두 가지 시각을 활용하여 사후 선택에 대한 증거의 강도를 평가하였으며, 통계적으로 유의미한 결과(p ≈ 0.07)를 도출하였다.
• 원시 데이터에 접근할 수 없고, 발표된 서브셋 분석에서 투명성이 결여되어 있음으로써 실험의 타당성이 훼손된다고 주장하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 헨센 등이 수행한 벨 실험 데이터는 측정 설정 선택에서 균일하지 않은 분포를 보이며, 특히 {00} 설정의 부족이 있는가?
• RQ2 {00} 불일치 사건을 사후 선택하는 국소 실재론적 모델이 관측된 CHSH 위반을 재현할 수 있는가?
• RQ3 데이터에서 관측된 무신호 전달 위반이 진정한 비국소성의 결과가 아니라 사후 선택의 산물인가?
• RQ4 설정 분포 편차의 통계적 유의성(p ≈ 0.07)이 사후 선택에 대한 충분한 증거가 되는가?
• RQ5 실험 결과가 양자 비국소성을 도입하지 않고도 사후 선택만으로 완전히 설명될 수 있는가?

주요 결과

• {00} 측정 설정에서의 현저한 부족(1143건)이 헨센 등이 수행한 실험에서 관측되었으며, 이는 예상 평균 1186건과 비교해 p-값 0.07로 우연의 결과일 가능성이 낮다.
• 동일한 방식으로 {00} 불일치 사건을 사후 선택하는 국소 실재론적 모델은 CHSH 위반 2.422 ± 0.204를 생성하며, 실험 결과와 구분할 수 없다.
• 실험 데이터는 무신호 전달 위반을 보이지만, 이는 진정한 비국소성의 결과가 아니라 사후 선택 탓으로 기인한다.
• 공개된 데이터 서브셋 분석에서는 비균일성이 드러났지만, 전체 데이터는 균일하다고 주장함으로써 데이터의 선택적 배제가 이루어졌을 가능성이 있다.
• 사후 선택의 여지가 여전히 열려 있으며, 검증되지도 않고 잠재적으로 해로운 사후 선택이 존재함으로써 실험은 국소 실재론을 배제하지 못한다.
• 저자는 헨센 등이 수행한 실험은 양자 비국소성을 확인하지 못하며, 국소 실재론과 일치하는 것으로 해석되어야 한다고 결론 내린다.