[论文解读] All-Versus-Nothing Violation of Local Realism by Swapping Entanglement

Zeng‐Bing Chen, Yu-Ao Chen+1 more|ArXiv.org|May 24, 2005

Quantum Mechanics and Applications被引用 3

一句话总结

本文提出了一种无漏洞的局部实在性检验，利用纠缠交换中的全部对无（AVN）矛盾，其中两个独立的EPR源产生纠缠光子，在部分贝尔态测量后实现非定域关联。量子力学对修正的CHSH不等式的量子违反可达4，超过Tsirelson界$2ackslashsqrt{2}$，从而即使使用低效率探测器也能实现检测效率漏洞无懈可击的检验。

ABSTRACT

The usual entanglement swapping protocol can entangle two particles that never interact. Here we demonstrate an all-versus-nothing violation of local realism for a partial entanglement swapping process. A Clauser-Horne-Shimony-Holt-type inequality for two particles entangled by entanglement swapping is proposed for a practical experiment and can be violated quantum mechanically up to 4 beyond Cirel'son's bound 2sqr(2). Our result uncovers the intriguing nonlocal character of entanglement swapping and may lead to a conclusive (loophole-free) test of local realism versus quantum mechanics. The experimental test of the nonlocality under current technology is also discussed.

研究动机与目标

• 在部分纠缠交换过程中演示局部实在性的全部对无（AVN）矛盾。
• 提出一种适用于纠缠交换粒子的实用CHSH型不等式，可进行实验检验。
• 实现对CHSH不等式的违反高达4，超过标准的Tsirelson界$2\sqrt{2}$，以实现对量子非定域性的确凿检验。
• 仅使用线性光学和事件就绪探测，实现检测效率漏洞无懈可击的局部实在性检验。

提出的方法

• 使用两个独立的EPR源，发射处于$|\psi^{-}\rangle$贝尔态的纠缠光子对。
• 对来自不同光子对的光子2和3执行部分贝尔态测量，通过纠缠交换实现光子1和4的纠缠。
• 提出一种专用于纠缠交换系统的修正CHSH不等式，其量子力学最大违反值为4。
• 使用线性光学元件（包括波片、分束器和非破坏性CNOT门）实现部分贝尔态测量。
• 通过输出模式间的符合探测识别$\epsilon = +1$结果，对应于成功的纠缠交换。
• 采用基于两个独立源的GHZ型论证，即使探测器效率极低，也能排除局部实在论模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在无经典通信的情况下，于部分纠缠交换协议中实现局部实在性的全部对无（AVN）矛盾？
• RQ2 纠缠交换粒子的CHSH不等式是否可超越标准的Tsirelson界$2\sqrt{2}$？
• RQ3 是否可仅使用线性光学和事件就绪探测，实现检测效率漏洞无懈可击的局部实在性检验？
• RQ4 纠缠交换的非定域性在无语境性、GHZ型论证中如何体现？
• RQ5 所提出的设置是否可用当前光子技术实现？

主要发现

• 所提出的纠缠交换粒子的CHSH不等式在量子力学上可被违反至4，超过标准的Tsirelson界$2\sqrt{2}$。
• 基于两个独立EPR源的AVN论证即使在探测器效率极低但非零的情况下，也与局部实在论产生矛盾。
• 使用线性光学和非破坏性CNOT门的实验设置，可实现部分贝尔态测量和事件就绪探测，使该协议在当前技术下可行。
• 输出模式间的符合探测成功识别出$\epsilon = +1$结果，对应于成功的纠缠交换。
• 基于独立源的GHZ型论证在不假设语境性的情况下排除了局部实在论模型，强化了非定域性的主张。
• 该理论框架为实现对局部实在性与量子力学之间的确凿、无漏洞检验提供了路径。