[论文解读] Comment on "Two Fundamental Experimental Tests of Nonclassicality with Qutrits"

Radek Łapkiewicz, Peizhe Li+5 more|arXiv (Cornell University)|May 23, 2013

Statistical Mechanics and Entropy被引用 5

一句话总结

本文通过光子三量子比特实验验证了KCBS非定域性不等式的实验测试，证明了在不同情境中物理保持一个测量基不变时，可观察到互补性。通过在酉变换过程中保持一个模式不变，实验确保了互补性测试的一致性，而额外的关联项则验证了拓扑闭合性，确认了在实验误差下KCBS不等式测试的有效性。

ABSTRACT

In a recent paper [arXiv:1301.2887] Ahrens et al. claim that our "(...) experiment on qutrits does not test Klyachko et al.'s inequality, but an inequality with extra correlations" and that the "(...) experiment cannot be considered a proper test of a noncontextuality inequality, since the same observable is measured with different setups in different contexts". We disagree with these claims. In this note we briefly re-state how our test of the non-contextuality inequality was constructed. We explain how we keep the context of measurements when switching between different terms of the tested inequality, and we argue that we did in fact test the Klyachko, Can, Binicioglu and Shumovsky inequality. In doing so, we also clarify why our experiment is indeed a proper test of noncontextual realism.

研究动机与目标

• 反驳有关实验因同一可观测量在不同情境中采用不同设置而未测试原始KCBS不等式的说法。
• 阐明在不同情境中保持一个测量基的物理不变性，可确保对非定域实在论的正确测试。
• 证明实验误差要求引入额外关联项，以验证测量环路的拓扑闭合性。
• 表明通过在变换过程中保持一个物理测量不变，实验设计强制实现了互补性测试。
• 验证通过模式重叠测量确认最终测量与初始测量在物理上等价的使用方法。

提出的方法

• 实验使用后选择的单光子源，通过探测器点击（−1）或无点击（+1）测量二 outcome 可观测量。
• 应用一系列酉变换，每个变换仅作用于两个光学生，同时保持一个模式（及其投影算符）在物理上不变。
• 通过循环方式旋转测量基，实现KCBS不等式中各项的测量，同时在相邻项之间保持一个测量基不变。
• 测量额外的关联项⟨A₁′A₁⟩，以验证最终测量A₁′与初始A₁在物理上等价，从而补偿实验偏差。
• 通过检查A₁与A₁′之间的关联性，实验评估模式的物理重叠，完美重叠意味着⟨A₁′A₁⟩ = 1。
• 推导出修正后的不等式⟨A₁A₂⟩ + ⟨A₂A₃⟩ + ⟨A₃A₄⟩ + ⟨A₄A₅⟩ + ⟨A₅A₁′⟩ − ⟨A₁′A₁⟩ ≥ −4，以适应非理想实现。

实验结果

研究问题

• RQ1 实验实现的KCBS不等式测试是否在不同情境中保持了相同的物理测量，正如非定域性测试所要求的？
• RQ2 如果同一可观测量在不同情境中使用不同设置实现，这样的物理实验是否仍可视为非定域性测试的有效形式？
• RQ3 当实验误差导致无法完美返回初始测量基时，应如何在KCBS不等式测试中处理此类问题？
• RQ4 额外关联项⟨A₁′A₁⟩在验证测量环路的拓扑一致性中起什么作用？
• RQ5 当同一可观测量在不同情境中的物理实现方式不同时，KCBS不等式的观测违反是否仍具有鲁棒性？

主要发现

• 实验在KCBS不等式连续各项之间始终保持一个物理测量基不变，确保了在一致物理条件下进行互补性测试。
• ⟨A₁′A₁⟩的测量确认了最终测量A₁′与初始A₁在物理上等价，在理想情况下⟨A₁′A₁⟩ ≈ 1。
• 包含额外项⟨A₁′A₁⟩的修正不等式确保了在实验误差下测试仍具有效性。
• 实验展示了对KCBS不等式的违反，证实了量子力学的互补性。
• 通过物理强制实现测量不变性，验证了该实验作为非定域实在论正确测试的有效性。