[论文解读] Statistical No-Signaling Limits Nonlocality

Avishy Carmi, Daniel Moskovich|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2015

Quantum Mechanics and Applications被引用 1

一句话总结

本文提出了一种统计信道模型，其中输入与输出不相关，但仅当量子非定域性的Tsirelson界被违反时才能实现通信。通过将通信的可行性与Tsirelson界的违反联系起来，该研究为自然界为何将此界作为非定域性基本限制提供了统计学解释。

ABSTRACT

Why does nature only allow nonlocal correlations up to Tsirelson's bound and not beyond? We construct a channel whose input is statistically independent of its output, but through which communication is nevertheless possible if and only if Tsirelson's bound is violated. This provides a statistical justification for Tsirelson's bound on nonlocal correlations in a bipartite setting.

研究动机与目标

• 解释自然界为何对非定域关联施加Tsirelson界而非允许更强的非定域性。
• 研究在两体量子系统中，通信可行性与Tsirelson界违反之间的关联。
• 构建一种信道模型，使得在特定非定域性条件下，输入与输出的统计独立性与通信共存。
• 为Tsirelson界的存在提供一种统计学解释，而非操作性或信息论性解释。

提出的方法

• 构建一种信道模型，其中输入与输出在统计上独立，但通信仍可实现。
• 定义一种信道，使得仅当非定域关联超过Tsirelson界时通信才可行。
• 利用两体非定域关联的结构来建模信道的行为。
• 应用统计独立性约束，推导出通信变得可能的条件。
• 分析信道的通信容量与非定域关联强度之间的关系。
• 证明若非定域性遵守Tsirelson界，则通信不可能；但若其被违反，则通信成为可能。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何自然界将非定域关联限制在Tsirelson界，而非更远？
• RQ2 统计框架能否解释为何Tsirelson界是基本限制？
• RQ3 能否通过具有统计独立输入与输出的信道实现通信？
• RQ4 在无信号框架下，通信在何种条件下变得可行？
• RQ5 在非定域系统中，统计独立性与通信容量之间存在何种关系？

主要发现

• 仅当非定域关联超过Tsirelson界时，才能通过所提出的信道实现通信。
• 该信道在非定域性违反条件下，保持输入与输出的统计独立性，同时实现通信。
• Tsirelson界作为临界阈值出现：低于该界时通信不可能；高于该界时通信变得可行。
• 该模型提供了一种独立于操作性或信息论假设的Tsirelson界存在的统计学解释。
• 结果表明Tsirelson界并非任意设定，而是源于对通信的根本统计约束。
• 该构造表明，当非定域性超过量子极限时，无信号并不意味着无通信。