Extinderea ipotezei de eșantionare corectă folosind diagrame cauzale

Extinderea ipotezei de eșantionare corectă folosind diagrame cauzale

Marca temporală: 13 ianuarie 2023 6:41
Nodul sursă: 1894784

Valentin Gebhart și Augusto Smerzi

QSTAR, INO-CNR și LENS, Largo Enrico Fermi 2, 50125 Firenze, Italia

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Eliminarea rezultatelor de măsurare nedorite în experimentele Bell deschide lacuna de detectare care împiedică o demonstrație concludentă a non-localității. Întrucât închiderea lacunei de detectare reprezintă o provocare tehnică majoră pentru multe experimente practice Bell, se obișnuiește să se presupună așa-numita ipoteză de eșantionare corectă (FSA) care, în forma sa originală, afirmă că statisticile postselectate în mod colectiv sunt un eșantion corect al statistici ideale. Aici, analizăm FSA din punctul de vedere al inferenței cauzale: derivăm o structură cauzală care trebuie să fie prezentă în orice model cauzal care încapsulează fidel FSA. Aceasta oferă o abordare ușoară, intuitivă și unificatoare, care include diferite forme acceptate ale FSA și subliniază ceea ce se presupune cu adevărat atunci când se folosește FSA. Apoi arătăm că FSA poate fi aplicat nu numai în scenarii cu detectoare neideale sau pierderi de transmisie, ci și în experimente ideale în care doar părți ale corelațiilor sunt postselectate, de exemplu, când destinațiile particulelor sunt într-o stare de suprapunere. În cele din urmă, demonstrăm că FSA este aplicabilă și în scenariile multipartite care testează nonlocalitatea (autentică) multipartită.

Imagine prezentată: Structura cauzală a unei explicații fidele a ipotezei de eșantionare corectă.

Rezumat popular

Unul dintre principalele obstacole în demonstrarea nonlocalității Bell este cerința pentru detectoare extrem de eficiente. Această dificultate provocatoare este de obicei evitată presupunând că posibilele explicații locale realiste ale statisticilor observate sunt limitate, ceea ce este cunoscut sub numele de ipoteza eșantionării corecte (FSA). În această lucrare, derivăm o structură necesară în diagramele cauzale ale modelelor de variabile ascunse locale, care trebuie să fie prezente pentru a încapsula fidel FSA. Această structură evidențiază ceea ce se presupune cu adevărat atunci când se presupune FSA și poate fi folosită pentru a compara diferite forme ale FSA găsite în literatură. În cele din urmă, arătăm că diagrama cauzală FSA poate fi aplicată și în experimentele Bell în care destinațiile particulelor sunt aleatorii sau în experimentele multipartite care testează nonlocalitatea multipartită autentică.

► Date BibTeX

► Referințe

[1] John S Bell. „Despre paradoxul lui Einstein Podolsky Rosen”. Fizica 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[2] John S Bell. „Teoria beables locale”. În Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics: Collected Papers on Quantum Philosophy. Paginile 52–62. Cambridge University Press (2004). a 2-a editie.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511815676

[3] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani și Stephanie Wehner. „Nelocalitatea clopoțelului”. Rev. Mod. Fiz. 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[4] Perla Iudeei. „Cauzalitate: modele, raționament și inferență”. Cambridge University Press. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[5] Philip M. Pearle. „Exemplu de variabilă ascunsă bazat pe respingerea datelor”. Fiz. Apoc. D 2, 1418–1425 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.2.1418

[6] John F. Clauser și Michael A. Horne. „Consecințele experimentale ale teoriilor locale obiective”. Fiz. Rev. D 10, 526–535 (1974).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.10.526

[7] DS Tasca, SP Walborn, F. Toscano și PH Souto Ribeiro. „Observarea corelațiilor popescu-rohrlich reglabile prin postselectarea unui stat gaussian”. Fiz. Rev. A 80, 030101 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.030101

[8] Ilja Gerhardt, Qin Liu, Antía Lamas-Linares, Johannes Skaar, Valerio Scarani, Vadim Makarov și Christian Kurtsiefer. „Fătură experimentală încălcarea inegalităților lui Bell”. Fiz. Rev. Lett. 107, 170404 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.170404

[9] Enrico Pomarico, Bruno Sanguinetti, Pavel Sekatski, Hugo Zbinden și Nicolas Gisin. „Amplificarea experimentală a unui foton încurcat: ce se întâmplă dacă lacuna de detectare este ignorată?”. New J. Phys. 13, 063031 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​6/​063031

[10] J Romero, D Giovannini, DS Tasca, SM Barnett și MJ Padgett. „Corelația personalizată cu doi fotoni și eșantionarea corectă: o poveste de avertizare”. New J. Phys. 15, 083047 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​8/​083047

[11] N. David Mermin. „Experimentul EPR – gânduri despre „lacună””. Ann. NY Acad. Sci. 480, 422–427 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1111 / j.1749-6632.1986.tb12444.x

[12] Philippe H. Eberhard. „Nivelul de fundal și contra eficiența necesare pentru un experiment einstein-podolsky-rosen fără lacune”. Fiz. Rev. A 47, R747–R750 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.R747

[13] Fabio Sciarrino, Giuseppe Vallone, Adán Cabello și Paolo Mataloni. „Experimente Bell cu surse de destinație aleatoare”. Fiz. Rev. A 83, 032112 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.032112

[14] Anupam Garg și ND Mermin. „Ineficiența detectorului în experimentul einstein-podolsky-rosen”. Fiz. Rev. D 35, 3831–3835 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3831

[15] Jan-Åke Larsson. „Inegalitatea lui Bell și ineficiența detectorului”. Fiz. Rev. A 57, 3304–3308 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.3304

[16] Mary A Rowe, David Kielpinski, Volker Meyer, Charles A Sackett, Wayne M Itano, Christopher Monroe și David J Wineland. „Încălcarea experimentală a inegalității unui clopot cu detectarea eficientă”. Nature 409, 791–794 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35057215

[17] DN Matsukevich, P. Maunz, DL Moehring, S. Olmschenk și C. Monroe. „Încălcarea inegalității Bell cu doi qubiți atomici la distanță”. Fiz. Rev. Lett. 100, 150404 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.150404

[18] BG Christensen, KT McCusker, JB Altepeter, B. Calkins, T. Gerrits, AE Lita, A. Miller, LK Shalm, Y. Zhang, SW Nam, N. Brunner, CCW Lim, N. Gisin și PG Kwiat. „Test fără lacune de detectare a nonlocalității cuantice și aplicații”. Fiz. Rev. Lett. 111, 130406 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.130406

[19] Lynden K. Shalm, Evan Meyer-Scott, Bradley G. Christensen, Peter Bierhorst, Michael A. Wayne, Martin J. Stevens, Thomas Gerrits, Scott Glancy, Deny R. Hamel, Michael S. Allman, Kevin J. Coakley, Shellee D. Dyer, Carson Hodge, Adriana E. Lita, Varun B. Verma, Camilla Lambrocco, Edward Tortorici, Alan L. Migdall, Yanbao Zhang, Daniel R. Kumor, William H. Farr, Francesco Marsili, Matthew D. Shaw, Jeffrey A. Stern, Carlos Abellán, Waldimar Amaya, Valerio Pruneri, Thomas Jennewein, Morgan W. Mitchell, Paul G. Kwiat, Joshua C. Bienfang, Richard P. Mirin, Emanuel Knill și Sae Woo Nam. „Test puternic, fără lacune, al realismului local”. Fiz. Rev. Lett. 115, 250402 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.250402

[20] Marissa Giustina, Marijn AM Versteegh, Sören Wengerowsky, Johannes Handsteiner, Armin Hochrainer, Kevin Phelan, Fabian Steinlechner, Johannes Kofler, Jan-Åke Larsson, Carlos Abellán, Waldimar Amaya, Valerio Pruneri, Morgan W. Mitchell, Jörn Beyer, Thomas Gerrits, Adriana E. Lita, Lynden K. Shalm, Sae Woo Nam, Thomas Scheidl, Rupert Ursin, Bernhard Wittmann și Anton Zeilinger. „Testul fără lacune semnificative al teoremei lui Bell cu fotoni încâlciți”. Fiz. Rev. Lett. 115, 250401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.250401

[21] Bas Hensen, Hannes Bernien, Anaïs E Dréau, Andreas Reiserer, Norbert Kalb, Machiel S Blok, Just Ruitenberg, Raymond FL Vermeulen, Raymond N Schouten, Carlos Abellán și colab. „Încălcarea inegalității clopoțelului fără lacune folosind spinuri de electroni separate de 1.3 kilometri”. Nature 526, 682–686 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15759

[22] John F. Clauser, Michael A. Horne, Abner Shimony și Richard A. Holt. „Experiment propus pentru a testa teoriile locale de variabile ascunse”. Fiz. Rev. Lett. 23, 880–884 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880

[23] Dominic W. Berry, Hyunseok Jeong, Magdalena Stobińska și Timothy C. Ralph. „Presumarea eșantionării corecte nu este necesară pentru a testa realismul local”. Fiz. Rev. A 81, 012109 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.012109

[24] Davide Orsucci, Jean-Daniel Bancal, Nicolas Sangouard și Pavel Sekatski. „Cum afectează post-selecția afirmațiile independente de dispozitiv în ipoteza eșantionării corecte”. Quantum 4, 238 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-03-02-238

[25] Igor Marinković, Andreas Wallucks, Ralf Riedinger, Sungkun Hong, Markus Aspelmeyer și Simon Gröblacher. „Test de clopot optomecanic”. Fiz. Rev. Lett. 121, 220404 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.220404

[26] Dominik Rauch, Johannes Handsteiner, Armin Hochrainer, Jason Gallicchio, Andrew S. Friedman, Calvin Leung, Bo Liu, Lukas Bulla, Sebastian Ecker, Fabian Steinlechner, Rupert Ursin, Beili Hu, David Leon, Chris Benn, Adriano Ghedina, Massimo Cecconi, Alan H. Guth, David I. Kaiser, Thomas Scheidl și Anton Zeilinger. „Testul clopotului cosmic folosind setări aleatorii de măsurare din quasari cu deplasare către roșu”. Fiz. Rev. Lett. 121, 080403 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.080403

[27] Emanuele Polino, Iris Agresti, Davide Poderini, Gonzalo Carvacho, Giorgio Milani, Gabriela Barreto Lemos, Rafael Chaves și Fabio Sciarrino. „Testul independent de dispozitiv al unui experiment de alegere întârziată”. Fiz. Rev. A 100, 022111 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022111

[28] S. Gómez, A. Mattar, I. Machuca, ES Gómez, D. Cavalcanti, O. Jiménez Farías, A. Acín și G. Lima. „Investigarea experimentală a stărilor parțial încurcate pentru generarea aleatorie independentă de dispozitiv și protocoalele de auto-testare”. Fiz. Rev. A 99, 032108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.032108

[29] Davide Poderini, Iris Agresti, Guglielmo Marchese, Emanuele Polino, Taira Giordani, Alessia Suprano, Mauro Valeri, Giorgio Milani, Nicolò Spagnolo, Gonzalo Carvacho, et al. „Încălcarea experimentală a n-localității într-o rețea cuantică stea”. Nat. comun. 11, 1–8 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-16189-6

[30] Santiago Tarrago Velez, Vivishek Sudhir, Nicolas Sangouard și Christophe Galland. „Corelații de clopoțel între lumină și vibrație în condiții ambientale”. Sci. Adv. 6, eabb0260 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abb0260

[31] Iris Agresti, Davide Poderini, Leonardo Guerini, Michele Mancusi, Gonzalo Carvacho, Leandro Aolita, Daniel Cavalcanti, Rafael Chaves și Fabio Sciarrino. „Generarea aleatorie certificată independentă de dispozitive experimentale cu o structură cauzală instrumentală”. comun. Fiz. 3, 1–7 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42005-020-0375-6

[32] Peter Spirtes, Clark N Glymour, Richard Scheines și David Heckerman. „Cauza, predicție și căutare”. presa MIT. (2000).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[33] Christopher J Wood și Robert W Spekkens. „Lecția de algoritmi de descoperire cauzală pentru corelații cuantice: explicațiile cauzale ale încălcărilor inegalității clopotului necesită o reglare fină”. New J. Phys. 17, 033002 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​3/​033002

[34] John-Mark A. Allen, Jonathan Barrett, Dominic C. Horsman, Ciarán M. Lee și Robert W. Spekkens. „Cauze comune cuantice și modele cauzale cuantice”. Fiz. Rev. X 7, 031021 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031021

[35] Eric G. Cavalcanti. „Modelele cauzale clasice pentru încălcările inegalității bell și kochen-specker necesită o reglare fină”. Fiz. Rev. X 8, 021018 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021018

[36] Pawel Blasiak, Ewa Borsuk și Marcin Markiewicz. „Cu privire la post-selectare sigură pentru testele Bell cu detectoare ideale: abordarea diagramei cauzale”. Quantum 5, 575 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-11-575

[37] Valentin Gebhart, Luca Pezzè și Augusto Smerzi. „Nonlocalitate multipartită autentică cu postselectare cu diagramă cauzală”. Fiz. Rev. Lett. 127, 140401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.140401

[38] Valentin Gebhart și Augusto Smerzi. „Coincidență postselectare pentru nonlocalitate multipartită autentică: diagrame cauzale și eficiențe de prag” (2022). Fiz. Rev. A 106, 062202 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.062202

[39] Bernard Yurke și David Stoler. „Experimente cu inegalitatea lui Bell folosind surse independente de particule”. Fiz. Rev. A 46, 2229–2234 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.46.2229

[40] Bernard Yurke și David Stoler. „Efectele Einstein-podolsky-rosen din surse independente de particule”. Fiz. Rev. Lett. 68, 1251–1254 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.1251

[41] JD Franson. „Inegalitate clopot pentru poziție și timp”. Fiz. Rev. Lett. 62, 2205–2208 (1989).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.62.2205

[42] Sven Aerts, Paul Kwiat, Jan-Åke Larsson și Marek Żukowski. „Experimente de tip franson cu doi fotoni și realism local”. Fiz. Rev. Lett. 83, 2872–2875 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.2872

[43] Jonathan Jogenfors, Ashraf Mohamed Elhassan, Johan Ahrens, Mohamed Bourennane și Jan Åke Larsson. „Hacking testul clopotului folosind lumina clasică în distribuția cheii cuantice bazată pe încrucișarea energiei în timp”. Sci. Adv. 1, e1500793 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1500793

[44] Adán Cabello, Alessandro Rossi, Giuseppe Vallone, Francesco De Martini și Paolo Mataloni. „Experiment de clopot propus cu o adevărată încurcătură energie-timp”. Fiz. Rev. Lett. 102, 040401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.040401

[45] G. Lima, G. Vallone, A. Chiuri, A. Cabello, and P. Mataloni. „Încălcare experimentală a inegalității clopot fără lacuna postselecție”. Fiz. Rev. A 81, 040101 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.040101

[46] George Svetlichny. „Distingerea neseparabilității între trei corpuri de cele două corpuri printr-o inegalitate de tip clopot”. Fiz. Rev. D 35, 3066–3069 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3066

[47] N. David Mermin. „Întâlcirea cuantică extremă într-o suprapunere de stări distincte macroscopic”. Fiz. Rev. Lett. 65, 1838–1840 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838

[48] Jean-Daniel Bancal, Cyril Branciard, Nicolas Gisin și Stefano Pironio. „Cuantificarea nonlocalității multipartite”. Fiz. Rev. Lett. 103, 090503 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.090503

[49] Jean-Daniel Bancal, Jonathan Barrett, Nicolas Gisin și Stefano Pironio. „Definițiile nonlocalității multipartite”. Fiz. Rev. A 88, 014102 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.014102

[50] Patricia Contreras-Tejada, Carlos Palazuelos și Julio I. de Vicente. „Nonlocalitatea multipartită autentică este intrinsecă rețelelor cuantice”. Fiz. Rev. Lett. 126, 040501 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.040501

[51] Miguel Navascués, Elie Wolfe, Denis Rosset și Alejandro Pozas-Kerstjens. „Entanglement multipartit de rețea autentic”. Fiz. Rev. Lett. 125, 240505 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.240505

[52] Debashis Saha și Marcin Pawłowski. „Structura corelațiilor cuantice și nelocale de difuzare”. Fiz. Rev. A 92, 062129 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.062129

[53] David Schmid, Thomas C. Fraser, Ravi Kunjwal, Ana Belen Sainz, Elie Wolfe și Robert W. Spekkens. „Înțelegerea interacțiunii dintre entanglement și nonlocality: motivarea și dezvoltarea unei noi ramuri a teoriei întanglementului” (2021). arXiv:2004.09194.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arxiv.2004.09194
arXiv: 2004.09194

[54] Xavier Coiteux-Roy, Elie Wolfe și Marc-Olivier Renou. „Nici o teorie cauzală bipartită-nonlocală nu poate explica corelațiile naturii”. Fiz. Rev. Lett. 127, 200401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.200401

[55] Rafael Chaves, Daniel Cavalcanti și Leandro Aoliță. „Ierarhia cauzală a nonlocalității Bell multipartite”. Quantum 1, 23 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-08-04-23

Citat de

[1] Valentin Gebhart și Augusto Smerzi, „Coincidență postselectare pentru nonlocalitate multipartită autentică: diagrame cauzale și eficiențe de prag”, Revista fizică A 106 6, 062202 (2022).

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2023-01-13 23:47:20). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.

On Serviciul citat de Crossref nu s-au găsit date despre citarea lucrărilor (ultima încercare 2023-01-13 23:47:18).

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic