[論文レビュー] Unified demonstration of nonlocality at detection and the Michelson-Morley result, by a single-photon experiment

Antoine Suárez|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2010

Quantum Mechanics and Applications参考文献 8被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、同一の干渉計装置を用いて、検出における非局所性とミケルソン・モーリーの実験結果を同時にテストする1光子実験を提案する。信号伝播のしきい値2.5 nsに対する検出器間隔を変化させることで、時空的分離下での一致検出率が変化するかを検証し、局所的実在論の下では0.25の増加が予測されるが、これは量子非局所性によって否定され、距離にかかわらず一致検出率はゼロを維持する。

ABSTRACT

An experiment demonstrating nonlocality at detection is proposed. A single-photon Michelson-Morley experiment could be performed under exactly the same conditions as well. Hence, the two experiments are "loophole free" to the same extent. It is argued that both quantum theory and relativity share the same experimental basis and derive from the same principles. Relativity and the quantum are two aspects of one and the same physical description of the world.

研究の動機と目的

• 1光子干渉計を用いて、検出における非局所性とミケルソン・モーリーのゼロ結果を統一的にテストする実験を提案すること。
• 信号伝播速度v ≤ cの制限下で、時空的分離した検出器と固定された時間窓を用いることで、非局所性テストにおける局所性の抜けを閉じること。
• 検出における非局所性がエンタングルメントの副産物ではなく、1粒子干渉の根本的特徴であることを示すこと。
• 相対性理論と量子力学が同じ実験的基盤に立っており、両者とも実験者自由の原則を共有していると主張すること。
• 「ビームスプリッターで意思決定を行う」と仮定する局所的隠れ変数モデルが、干渉と検出結果と対照的である場合に論理的に矛盾することを示すこと。

提案手法

• 検出イベントを示すためのハーディング光子を用いた1光子ミケルソン・モーリー干渉計を使用する。
• 可動ミラーを用いて位相差Φ = ωτを制御することで、経路差を変化させる。
• 信号伝播速度cのしきい値cΔt = 0.75 mを超える時空的分離d > 0.75 mの条件下で、検出器D(+)とD(−)を配置する。
• 時空的分離（d ≤ 0.75 m）と時空的分離（d > 0.75 m）の両状況下で、検出確率P(i,j)（i,j ∈ {1,0}）を比較する。
• 局所的実在論の予測を適用：時空的分離下ではP′(1,1) = 0.25(1 − cos²Φ)、時空的分離下ではP(1,1) = 0。
• 位相差Φ = π/2を用いることで、時空的分離下で局所的実在論の下で一致検出率が0.25増加することを予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エンタングルメントに依存せずに、1光子干渉実験で検出における非局所性をテストできるか？
• RQ2 検出器が時空的分離している場合でも、1光子の検出結果が非局所的連携に依存するのか？
• RQ3 ミケルソン・モーリー実験のゼロ結果が、検出結果の非局所的解釈と両立可能か？
• RQ4 同じ実験装置で、非局所性における局所的実在論と相対性理論における局所的因果関係を同時に反証できるか？
• RQ5 実験者自由は、量子力学と相対性理論の両者を支える根拠として果たす役割は何か？干渉の解釈にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 局所的実在論の下では、検出器間隔が0.75 mの信号伝播しきい値を超えた場合、一致検出率がP(1,1) = 0からP′(1,1) = 0.25に増加する。
• 量子理論は、検出器間隔にかかわらずP(1,1) = 0を予測するため、時空的分離下でも一致検出率の変化はない。
• 局所的実在論の下で一致検出率が0.25増加する予測に相当する位相差Δω = π/6は、実験的に正の結果が得られれば反証される。
• 本実験は、元のミケルソン・モーリー実験と同様に「抜けのない」ものであり、両者とも同じタイミングと検出制約に依存している。
• 検出における非局所性は、個々の量子過程におけるエネルギー保存則を保つために不可欠であり、これにより局所的モデルは干渉と光電効果と矛盾する。
• 相対性理論と量子力学は、ともに干渉と検出という同じ実験的基盤に立っており、物理的現実の不可分な側面であると示唆する。