[논문 리뷰] What is wrong with SLASH?

Karl Svozil|ArXiv.org|2001. 03. 30.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 9인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 양자 얽힘 광자, 비선형 증폭기, 지연 선택을 이용한 상상 실험—SLASH(Second Laser-Amplified Superluminal Hookup)—을 제안한다. 이는 초광속 신호 전송을 암시하지만, 소음, 비국소성 문제 및 양자 일관성 제약으로 인해 궁극적으로는 실패한다고 주장한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 비선형 광학 장치가 EPR 유사 구성에서 초광속 신호 전송을 가능하게 할 수 있는지 조사하기 위해.
• 양자역학과 특수상대성이론 간의 일관된 공존을 가정하는 것을 도전하기 위해.
• 비국소적, 지연 선택 설정에서의 양자 증폭과 자발적 방출의 한계를 탐색하기 위해.
• 자기적 제어를 통해 자발적 방출을 이용한 단일 양자 사건의 제어가 양자 불확정성의 고리를 뚫을 수 있는지 테스트하기 위해.
• 양자 소음, 일관성 및 초광속 통신의 물리적 실현 가능성에 대한 논의를 자극하기 위해.

제안 방법

• 설비는 총 각운동량 0과 우도 +1 상태에서 엽기적 광자 쌍을 방출하는 EPR 소스를 사용한다.
• 비선형 장치(예: 레이저)가 한 경로에 위치해 있으며, 자발적 방출을 통해 특정 편광 상태로의 산란 진폭을 조건부로 증폭할 수 있다.
• 증폭 과정은 Fock 상태를 사용해 모델링된다: |Ψ,n⟩ = 1/√(n+2) [ (n+1)^1/2 |↑1⟩|↑2⟩ + |↔1⟩|↔2⟩ ], 여기서 n은 장치 내부의 사전 존재 광자 수이다.
• 장치를 광경로에 삽입하거나 제거하여 반대편의 탐지 빈도를 조절함으로써 신호 전송 메커니즘을 만들 수 있다.
• 신호의 상관관계와 시각화를 극대화하기 위해 이상적인 효율성과 완벽한 편광 정렬을 가정한다.
• 지연 선택 설정을 사용하여 광자가 방출된 후에 비선형 장치를 삽입할지 여부를 결정함으로써 후행 원인성과 국소성의 개념에 도전한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 엽기적 광자 쌍에서 한 광자의 비선형 증폭이 초광속 신호 전송을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 비선형 매질에서 자발적 방출을 사용하면 비국소적 설정에서 양자 측정 결과를 제어할 수 있는가?
• RQ3 SLASH 제안에서 나타나는 초광속 신호 전송은 양자역학과 특수상대성이론과 일관된가?
• RQ4 자발적 방출에서 비롯하는 소음이 이러한 신호 전송의 실현 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 자기적 비국소성의 자발적 방출을 이용해 인과적 신호 전송 채널을 만들 수 있는가?

주요 결과

• SLASH 제안은 한 경로에 비선형 증폭기를 삽입하거나 제거하여 탐지 빈도를 조절함으로써 초광속 신호 전송이 가능하게 보인다.
• 무한대의 사전 존재 광자 수(n→∞)의 극한에서 상태는 |↑1⟩|↑2⟩로 붕괴하여 완벽한 상관관계와 최대 신호 조절을 의미한다.
• 비선형 장치를 삽입할 경우 반대편의 탐지 빈도는 극한으로 1(또는 0)으로 감소하여 잠재적 신호 전송 메커니즘이 가능해 보인다.
• 그러나 장치는 자발적 방출에 의해 소음을 생성하여, 소음이 없는 필터를 사용하지 않는 한 신호가 혼동된다.
• 비선형 장치에서 반사된 광자를 차단할 수 있는 소음이 없는 반투명 필터의 실현 가능성은 여전히 열려 있으며 의심스럽다.
• 비선형 장치의 영향력이 공간적 근접성에 의존하고 통계적 상관관계가 거리에 따라 감소하므로 장거리 신호 전송은 무효화된다.