[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出了一种针对连续变量系统的熵形式爱因斯坦-波多利-罗森（EPR）隐变量不等式，该不等式仅依赖于离散测量概率和装置参数，从而实现了对自发参量下转换产生的光子对位置与动量之间EPR导引的实验观测。该方法揭示了导引中的非对称性，使得实验需求得以降低，而对称形式的不等式则证实了同一系统中对称的EPR导引。

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.

研究动机与目标

• 开发一种仅使用离散测量数据和已知装置特性来观测连续变量EPR导引的实用方法。
• 通过利用导引不等式中的非对称性，降低EPR佯谬实验的技术要求。
• 通过一种新型对称不等式形式，证明光子对之间存在对称的EPR导引。
• 使用通过自发参量下转换（SPDC）产生的光子对，对方法进行实验验证。

提出的方法

• 基于测量得到的离散概率分布和已知测量装置参数，推导出一种熵形式的EPR导引不等式。
• 将该不等式应用于SPDC产生的光子对位置和动量正交分量的实验测量数据。
• 分析导引不等式中的非对称性，以识别可降低实验复杂度的条件。
• 构建导引不等式的对称版本，以检测两方之间的对称EPR导引。
• 利用对称不等式在相同实验设置中验证双向EPR导引。
• 通过展示该理论框架在SPDC光源真实实验数据中的可行性，验证其理论框架。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以仅使用离散测量概率和装置知识，而无需完整的态层析，来观测连续变量系统中的EPR导引？
• RQ2 导引不等式中的非对称性如何影响演示EPR佯谬的技术要求？
• RQ3 能否构建一种对称的EPR导引不等式，以检测光子对之间的双向导引？
• RQ4 所提出的方法是否能成功观测到实验可实现的SPDC光子对系统中的EPR导引？
• RQ5 导引不等式中的非对称性在多大程度上可被利用以降低实验复杂度？

主要发现

• 所提出的熵形式EPR导引不等式成功地仅基于离散测量数据，验证了SPDC产生的光子对在位置与动量之间的EPR导引。
• 不等式中的非对称性揭示了一方可被更有效地导引，从而使得实验演示的测量需求得以降低。
• 不等式的对称版本证实了光子对表现出对称的EPR导引，表明双方具有相互导引的能力。
• 该方法通过避免完整的态重建或高精度连续测量，显著降低了实验复杂度。
• 该框架具有实验可行性，并为利用可实现的测量技术在连续变量系统中观测EPR导引提供了实用路径。