[논문 리뷰] Violation of Bell's inequality by correlations of classical random signals

Andrei Khrennikov|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 08.

Radiation Detection and Scintillator Technologies인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 랜덤 필드와 검출기 임계값을 사용하여 양자 확률, 특히 편광 또는 스핀에 대한 동시 검출 결과를 재현하는 고전적 파동 모델을 제안한다. 진공 변동을 고전적 배경 필드로 간주하고 검출기 校정을 통합함으로써, 오직 고전적 신호만을 사용하여 CHSH 부등식을 위반하며, 비국소성 없이도 비객관성을 보여준다.

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).

연구 동기 및 목표

• 비국소성을 언급하지 않고도 양자 확률을 재현하는 고전적 전양자 모델을 개발하기 위해.
• 특정 측정 조건 하에서 고전적 랜덤 신호로부터도 양자 유사 상관관계, 특히 동시 검출 확률이 어떻게 유도될 수 있는지 보여주기 위해.
• 고전적 필드 역학을 통해 비객관성을 선호함으로써 양자 기초 이론에서의 비국소성 대 비객관성 딜레마를 해결하기 위해.
• 검출기 임계값과 校정을 이론적 프레임워크의 핵심 요소로 통합하여 실험적 결함이 아닌 본질적인 구성 요소로 간주하기 위해.
• 배경(진공) 변동이 존재하는 조건에서 오직 고전적 랜덤 신호만을 사용하여 CHSH 부등식을 위반함을 보여주기 위해.

제안 방법

• 모델은 전양자 상태를 나타내는 고전적 랜덤 필드를 기초 물리적 기반으로 사용한다.
• 진공 변동은 통계적 전파물리학과 신호 이론을 활용하여 고전적 배경 필드로 모델링된다.
• 검출기는 신호 진폭이 배경 필드에 비해 어느 정도인지에 따라 반응하는 임계값 기반 장치로 모델링된다.
• 교정 절차는 검출 결과에 영향을 주는 필수 구성 요소로 모델에 통합된다.
• 공동 검출 확률은 고전적 통계 방법을 사용하여 계산되며, 편광과 스핀 투영에 대해 보른의 법칙을 재현한다.
• 모델의 예측은 특히 광자 편광에 대한 EPR 유사 실험과 비교되어 CHSH 부등식 위반 여부를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고전적 랜덤 신호가 양자역학이 예측하는 동시 검출 확률을 재현할 수 있는가?
• RQ2 임계값 검출기와 배경 노이즈를 갖춘 고전적 필드 모델이 CHSH 부등식을 위반하는가?
• RQ3 검출기 클릭이 사전에 결정되지 않은 비객관성은 비국소성을 언급하지 않고도 양자 유사 상관관계를 설명할 수 있는가?
• RQ4 검출기 교정과 임계값 설정은 고전적 시스템에서 양자 유사 통계를 생성하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 고전적으로 모델링된 진공 변동은 어떤 방식으로 양자 확률의 기원에 기여하는가?

주요 결과

• 모델은 오직 고전적 랜덤 신호만을 사용하여 편광 또는 스핀 투영의 동시 검출 확률을 성공적으로 재현한다.
• CHSH 부등식의 위반은 모델에서 달성되었으며, 이는 특정 조건 하에서 고전적 시스템이 양자 비국소성을 모방할 수 있음을 보여준다.
• 모델은 국소적이고 비객관적이다: 검출 결과는 측정 이전에 사전에 결정되지 않으며, 비국소성 대 비객관성 딜레마를 해결한다.
• 고전적 배경 필드(진공 변동)의 존재는 필요한 통계적 상관관계를 생성하는 데 필수적이다.
• 검출기 임계값 설정과 교정은 단순한 실험적 결함이 아니라 이론 프레임워크의 핵심 구성 요소이다.
• 결과는 측정 과정이 적절히 모델링된 경우 고전적 신호 역학에서 양자 유사 행동이 유도될 수 있음을 보여준다.