[论文解读] On a new Bell test with photons seemingly violating quantum predictions

Emilio Santos|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2013

Quantum Mechanics and Applications被引用 3

一句话总结

本文識別出近期光子貝爾實驗中的一個顯著差異，其中設定 $a' = -25.2^\circ$ 和 $b' = 25.2^\circ$ 時的觀測相關性幾乎是量子力學預測的四倍。透過量子態歸一化與探測效率估計，作者顯示在某一相關通道中明顯違反了量子預測，暗示可能存在實驗異常或未被考慮的系統性誤差。

ABSTRACT

A disagreement of the empirical results with quantum mechanical predictions is pointed out in the experiment by B. G. Christensen et al. The anomaly is quite similar to one present in the analogous experiment by M. Giustina et al. [arXiv:1306.5772].

研究动机与目标

• 調查Christensen等人報告的光子實驗中貝爾不等式違反的情況，該實驗聲稱具有7σ的顯著性。
• 評估實證結果是否與量子力學預測一致，特別著重於相關性 $C(a',b')$。
• 確定觀測到的異常——即實驗數據與量子預測顯著偏離——是否可歸因於實驗誤差或系統性偏差。
• 使用歸一化試驗次數與探測效率估計，將修正後的實驗計數與量子預測進行比較。

提出的方法

• 將每組設定的原始符合計數按比例調整至2800萬次試驗，以確保各設定間的公平比較。
• 透過最小化觀測值與預測值之間相關性的平方差，估計乘積 $N\eta_1\eta_2$（配對數量乘以探測效率）。
• 使用量子預測公式 $p_{AB}(\alpha,\beta) = \frac{1}{1+r^2}(\sin\alpha\sin\beta + r\cos\alpha\cos\beta)^2$，其中 $r = 0.26$，計算理論相關性。
• 應用公式 $N\eta_1\eta_2 = \frac{\sum Q_j E_j}{\sum Q_j^2}$ 以推導連結實驗數據與量子預測的縮放係數。
• 以表格形式比較所有四組設定的修正後實驗計數與量子預測。
• 因 $C(a',b')$ 相關性與預測值偏差最大，故專注於此作為主要差異來源。

实验结果

研究问题

• RQ1 Christensen等人光子貝爾實驗的實驗數據是否在所有測量設定下均符合量子力學預測？
• RQ2 為何 $C(a',b')$ 相關性與量子預測偏差如此之大，而其他相關性卻在統計不確定性範圍內一致？
• RQ3 觀測到的 $C(a',b')$ 異常是否可能由系統性誤差引起，而非量子效應？
• RQ4 若某一相關通道與量子理論預測相差近四倍，則報告的7σ貝爾不等式違反是否仍有效？
• RQ5 此異常與先前實驗（如Giustina等人）中觀察到的類似差異相比如何？

主要发现

• 實驗相關性 $C(a',b')$ 測得為1,867次計數，而量子預測僅為484次，導致近乎四倍的差異。
• 修正後的實驗數據在 $C(a,b)$、$C(a,b')$ 和 $C(a',b)$ 設定下與量子預測僅相差百分之幾，顯示在四組設定中有三組一致。
• $N\eta_1\eta_2$ 的估計值為518,037，此值將量子預測調整至與實驗歸一化一致。
• $C(a',b')$ 相關性的相對偏差約為285%，遠超過預期的統計不確定性。
• 此異常與先前報告的Giustina等人實驗中的差異極為相似，暗示可能存在重複出現的實驗人工效應。
• 某一通道的強烈偏差嚴重動搖了對報告中7σ貝爾不等式違反整體有效性的信心，若量子預測未被遵守。