[论文解读] Violation of Bell's inequality by correlations of classical random signals

Andrei Khrennikov|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2011

Radiation Detection and Scintillator Technologies被引用 1

一句话总结

该论文提出一种基于随机场和探测器阈值的经典波模型，以重现量子概率，包括偏振或自旋的联合探测结果。通过将真空涨落视为经典背景场并引入探测器标定，该模型仅使用经典信号即违反CHSH不等式，展示了无需非定域性的非客观性。

ABSTRACT

We present a purely wave model (based on classical random field) which reproduces quantum probabilities (given by the fundamental law of quantum mechanics, Born's rule) including probabilities for joint detection of a pair of quantum observables (e.g., spin or polarization projections). The crucial point of our approach is that the presence of detector's threshold and calibration procedure have to be treated not as simply experimental technicalities, but as the basic counteparts of the theoretical model. The presence of the background field (vacuum fluctuations) is also the key-element of our prequantum model. It is of the classical signal type and the methods of classical signal theory (including statistical radiophysics) are used for its development. We stress that our prequantum model is not objective, i.e., the values of observables (clicks of detectors) cannot be assigned in advance, i.e., before measurement. Hence, the dilemma, nonobjectivity or nonlocality, is resolved in favor of nonobjectivity (our model is local of the classical field type). In particular, we reproduce the probabilities for the EPR-experiment for photon polarization and, hence, violate CHSH inequality for classical random signals (measured by the threshold type and properly calibrated detectors acting in the presence of the background field).

研究动机与目标

• 开发一种经典预量子模型，以重现量子概率，且不依赖非定域性。
• 表明在特定测量条件下，量子力学预测的联合探测概率等量子关联可从经典随机信号中自然涌现。
• 通过经典场动力学，优先选择非客观性，以解决量子基础中的非定域性与非客观性之间的矛盾。
• 将探测器阈值与标定作为理论框架的基本组成部分，而非仅实验中的瑕疵。
• 在存在背景（真空）涨落的条件下，仅使用经典随机信号演示CHSH不等式的违反。

提出的方法

• 模型使用经典随机场作为基础物理基底，代表预量子态。
• 真空涨落被建模为经典背景场，采用统计无线电物理与信号理论进行处理。
• 探测器被建模为阈值型装置，其响应取决于信号幅度相对于背景场的大小。
• 标定程序被整合进模型，作为影响探测结果的关键组成部分。
• 通过经典统计方法计算联合探测概率，重现偏振与自旋投影的玻恩规则。
• 将模型预测与EPR型实验（特别是光子偏振）进行对比，以检验CHSH不等式的违反。

实验结果

研究问题

• RQ1 经典随机信号能否重现量子力学预测的联合探测概率？
• RQ2 具有阈值探测器与背景噪声的经典场模型是否能违反CHSH不等式？
• RQ3 非客观性（即探测器点击并非预先确定）能否在不引入非定域性的前提下解释量子关联？
• RQ4 探测器标定与阈值化在经典系统中生成量子关联统计特性方面起什么作用？
• RQ5 作为经典场建模的真空涨落，如何促成量子概率的出现？

主要发现

• 该模型仅使用经典随机信号，成功重现了偏振或自旋投影联合探测的概率，与量子力学预测一致。
• 模型实现了CHSH不等式的违反，表明在特定条件下，经典系统可模拟量子非定域性。
• 该模型具有局域性与非客观性：探测结果在测量前并非预先确定，从而解决了非定域性与非客观性之间的矛盾。
• 经典背景场（真空涨落）的存在对于生成所需统计关联至关重要。
• 探测器阈值与标定并非单纯的实验缺陷，而是理论框架的基本组成部分。
• 结果表明，当测量过程被恰当建模时，量子行为可从经典信号动力学中自然涌现。