[論文レビュー] Witnessing Continuous Variable Entanglement with Discrete Measurements

James Schneeloch, P. Ben Dixon+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2012

Quantum Information and Cryptography被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、連続変数系におけるエントロピー的アインシュタイン・ポドルスキー・ローゼン（EPR）スティアリング不等式を導入し、測定確率と装置の詳細にのみ依存するものであり、自発的パラメトリック下変換（SPDC）から得られる光子対の位置と運動量の間におけるEPRスティアリングの実験的検出を可能にする。この手法によりスティアリングの非対称性が明らかとなり、実験的要件が軽減可能であり、対称的な不等式により同じ系における対称的EPRスティアリングが確認される。

ABSTRACT

In this Letter, we derive an entropic Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) steering inequality for continuous variable (CV) systems using only experimentally measured discrete probability distributions and details of the measurement apparatus. We use this inequality to witness EPR steering between the positions and momenta of photon pairs generated in spontaneous parametric downconversion (SPDC). We examine the asymmetry between parties in this inequality, and show that this asymmetry can be used to reduce the technical requirements of experimental setups intended to demonstrate the EPR paradox. Furthermore, we develop a more stringent steering inequality that is symmetric between parties, and use it to show that the downconverted photon pairs also exhibit symmetric EPR steering.

研究の動機と目的

• 測定データの離散的確率分布と既知の装置特性のみを用いて、連続変数系におけるEPRスティアリングを実用的に検出する手法を開発すること。
• スティアリング不等式の非対称性を活用することで、EPRパラドックス実験における技術的要件を低減すること。
• 新規の対称的不等式の定式化により、光子対間における双方向的EPRスティアリングを実証すること。
• 自発的パラメトリック下変換（SPDC）を用いて生成された光子対を用いて、理論的枠組みを実験的に検証すること。

提案手法

• 測定から得られる離散的確率分布と既知の測定装置パrametersに基づいて、エントロピー的EPRスティアリング不等式を導出する。
• SPDCで生成された光子対の位置および運動量四次モーメントの実験的測定データに、その不等式を適用する。
• スティアリング不等式の非対称性を分析し、実験的複雑性を軽減できる条件を同定する。
• 二つの参加者間の対称的EPRスティアリングを検出可能な、スティアリング不等式の対称的バージョンを構築する。
• 同じ実験的設定で、双方向的EPRスティアリングを対称的不等式を用いて検証する。
• SPDC光源からの実際の実験データを用いて、理論的枠組みの実現可能性を示すことで、理論的枠組みを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 連続変数系におけるEPRスティアリングは、状態トモグラフィーを必要とせず、測定確率の離散的分布と装置の知識のみを用いて検出可能か？
• RQ2 スティアリング不等式の非対称性が、EPRパラドックスを実証するための技術的要件にどのように影響するか？
• RQ3 双方向的スティアリングを検出可能な、対称的EPRスティアリング不等式を構築可能か？
• RQ4 提案手法は、実験的にアクセス可能なSPDC光子対系におけるEPRスティアリングを実際に検出可能か？
• RQ5 不等式の非対称性は、実験的複雑性を軽減するためにどの程度活用可能か？

主な発見

• 提案されたエントロピー的EPRスティアリング不等式は、SPDCで生成された光子対の位置と運動量の間におけるEPRスティアリングを、離散的測定データのみを用いて成功裏に検出できた。
• 不等式の非対称性により、一方の参加者がより効果的にスティアリング可能であることが明らかとなり、実験的実装に必要な測定を軽減できる。
• 不等式の対称的バージョンにより、光子対が対称的EPRスティアリングを示していることが確認され、相互にスティアリング可能な能力が裏付けられた。
• 全状態再構成や高精度の連続測定を必要とせず、スティアリングの検証が可能であるため、実験的複雑性が著しく低減された。
• 理論的枠組みは実験的に実現可能であり、アクセス可能な測定技術を用いて連続変数系におけるEPRスティアリングの検出に実用的な道筋を提供する。