[論文レビュー] Random 'choices' and the locality loophole

Stefano Pironio|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2015

Quantum Mechanics and Applications参考文献 19被引用数 35

ひとこと要約

この論文は、ベル実験における局所性の懸念を閉じるため、量子乱数生成器（QRNG）は不要であると主張している。代わりに、暗号的に安全な擬似乱数生成器（たとえば、ソーシャルメディアのデータをハッシュ処理すること）を用いることで、測定設定が予測不可能であることを保証し、同様に局所性の懸念を排除できる。主な貢献は、このような古典的擬似乱数手法が、量子的または宇宙的ソースと同等に、局所的隠れ変数理論を除外するのに有効であるということである。

ABSTRACT

It has been claimed that to close the locality loophole in a Bell experiment, random numbers of quantum origin should be used for selecting the measurement settings. This is how it has been implemented in all recent Bell experiment addressing this loophole. I point out in this note that quantum random number generators are unnecessary for such experiments and that a Bell experiment with a pseudo-random (but otherwise completely deterministic) mechanism for selecting the measurement settings, such as taking a hash function of the latest million tweets with the hashtag #quantum, would be as convincing, or even more, than one using quantum random number generators.

研究の動機と目的

• ベル実験における局所的隠れ変数モデルを除外するため、量子乱数生成器（QRNG）が不可欠であるという一般的な見解に反論すること。
• 暗号的に安全な擬似乱数生成器（PRNG）が、QRNGよりも同等または優れたランダムネスをベル実験に提供できることを示すこと。
• QRNGベースの実験におけるランダムネスの仮定が、古典的PRNGと同様の物理的仮定に依存しており、QRNGがより根本的であるとは言えないこと。
• 遠くの宇宙的ソース（例：クェーサー）を用いてランダムな設定を生成することは、単純な古典的手法と比べて根本的により頑健であるとは言えないこと。これは、検出器の挙動に関する共有仮定があるためである。
• 異なるランダムネスソースを組み合わせた、より広範な実験設計の採用を提唱すること。これにより、ますます大きなクラスの陰謀的局所的隠れ変数モデルを除外できるようになる。

提案手法

• ベル実験における測定設定を選択するために、決定論的で暗号的に安全な擬似乱数生成器（例：最新の10^6件のツイートを#quantumでハッシュ処理）を提案する。
• ベル実験を、2人の独立した参加者（アリスとボブ）が局所的隠れ変数モデルをシミュレートする挑戦としてモデル化する。入力は、将来の設定を予測できないように選ばれる。
• 挑戦の成功は、2つの独立した条件に依存する：通信不能（局所性）と入力の予測不能性（ランダムネス）。
• QRNG、宇宙的ランダムソース（例：クェーサー光子）、および古典的PRNGに必要な仮定を比較し、これらがすべて検出器の挙動に関する類似した物理的仮定に依存していることを示す。
• 局所的隠れ変数モデルの観点から、QRNGにおけるランダムネスは、古典的PRNGにおけるものと根本的に異なるものではないと主張する。
• 同じ水準の信頼性で局所的実在性を除外できることが、より単純な古典的PRNGを用いることで達成可能であり、実験の複雑さを減らしても妥当性に損なわれない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ベル実験における局所性の懸念を閉じるため、量子乱数生成器（QRNG）を用いる必要があるのか？
• RQ2 暗号的に安全な擬似乱数生成器（PRNG）は、局所的隠れ変数モデルを除外するのに十分な予測不能性を提供できるか？
• RQ3 クェーサーなどの宇宙的ランダムソースの仮定は、古典的PRNGの仮定と比較して、陰謀的隠れ変数に対してどれほど頑健か？
• RQ4 QRNGの使用は、局所的実在性を除外する上で、古典的PRNGに比べて根本的な利点を提供するのか？
• RQ5 異なるランダムネスソース（古典的、量子的、宇宙的）を組み合わせることで、より広範なクラスの局所的隠れ変数モデルを除外できるか？

主な発見

• #quantumでハッシュ処理された最新の10^6件のツイートを用いた暗号的に安全な擬似乱数生成器を用いたベル実験は、量子乱数生成器を用いた実験と同等に、局所的隠れ変数モデルを除外できる。
• ベル実験におけるランダムネスの条件は、量子の不確実性を要請しない。測定設定が関係する参加者にとって予測不能であることが必要であり、これは強力な古典的PRNGによって満たされる。
• クェーサーに基づくランダム選択が陰謀的影響を受けていないという仮定は、古典的PRNGと同様の検出器および測定プロセスに関する物理的仮定に依存しており、宇宙的アプローチが根本的により安全であるとは言えない。
• QRNGの使用は、局所的実在性をテストする上で根本的に必要ではない。同様の信頼性で局所的隠れ変数を除外できるため、古典的手法で十分である。
• 異なるランダムネスソース（古典的、量子的、宇宙的）を用いた実験は、単一の方法よりも、より広範なクラスの局所的隠れ変数モデルを共同で除外できる。
• 極端な陰謀的モデルを考慮しても、PRNGが暗号的に安全でかつ実際には測定設定が予測不能である限り、古典的PRNGが十分であるという結論は頑健である。