使用因果图扩展公平抽样假设

由柏拉图重新发布

关注： 0

Valentin Gebhart 和 Augusto Smerzi

QSTAR、INO-CNR 和 LENS，Largo Enrico Fermi 2, 50125 Firenze, Italy

抽象

在贝尔实验中丢弃不需要的测量结果会打开检测漏洞，从而阻止非局域性的最终证明。由于关闭检测漏洞是许多实际贝尔实验的主要技术挑战，通常假设所谓的公平抽样假设 (FSA)，其原始形式表明集体后选择的统计数据是理想的统计数据。在这里，我们从因果推理的角度分析 FSA：我们推导出一个因果结构，该结构必须存在于任何忠实封装 FSA 的因果模型中。这提供了一种简单、直观和统一的方法，其中包括 FSA 的不同可接受形式，并强调了使用 FSA 时的真正假设。然后我们证明 FSA 不仅可以应用于具有非理想检测器或传输损耗的场景，而且还可以应用于只有部分相关性被后选择的理想实验，例如，当粒子的目的地处于叠加状态时。最后，我们证明 FSA 也适用于测试（真正的）多方非局部性的多方场景。

特色图片：对公平抽样假设的忠实解释的因果结构。

►BibTeX数据

@article{Gebhart2023extendingfair, doi = {10.22331/q-2023-01-13-897}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-01-13-897}, title = {扩展使用因果图的公平抽样假设}，作者 = {Gebhart、Valentin 和 Smerzi、Augusto}，期刊 = {{Quantum}}，issn = {2521-327X}，出版商 = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}，卷 = {7}，页数 = {897}，月 = 一月，年 = {2023} }

►参考

[1] 约翰·S·贝尔。 “论爱因斯坦波多尔斯基罗森悖论”。物理学 1, 195 (1964)。
https：///doi.org/10.1103/PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[2] 约翰·S·贝尔。 “当地人的理论”。在量子力学中可以说和不可说：量子哲学论文集。第 52-62 页。剑桥大学出版社（2004 年）。第 2 版。
https：/ / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511815676

[3] Nicolas Brunner、Daniel Cavalcanti、Stefano Pironio、Valerio Scarani 和 Stephanie Wehner。 “钟异地”。牧师国防部。物理。 86, 419–478 (2014)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[4] 朱迪亚珍珠。 “因果关系：模型、推理和推论”。剑桥大学出版社。 (2009)。
https：/ / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[5] 菲利普·M·皮尔。 “基于数据拒绝的隐藏变量示例”。物理。修订版 D 2, 1418–1425 (1970)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.2.1418

[6] 约翰·F·克劳塞 (John F. Clauser) 和迈克尔·A·霍恩 (Michael A. Horne)。 “客观局部理论的实验结果”。物理。修订版 D 10, 526–535 (1974)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.10.526

[7] DS Tasca、SP Walborn、F. Toscano 和 PH Souto Ribeiro。 “通过高斯状态的后选择观察可调 popescu-rohrlich 相关性”。物理。修订版 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 和 Christian Kurtsiefer。 “实验伪造违反贝尔不等式”。物理。牧师莱特。 107, 170404 (2011)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.170404

[9] Enrico Pomarico、Bruno Sanguinetti、Pavel Sekatski、Hugo Zbinden 和 Nicolas Gisin。 “纠缠光子的实验放大：如果检测漏洞被忽略怎么办？”。新 J. Phys。 13, 063031 (2011).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/13/6/063031

[10] J Romero、D Giovannini、DS Tasca、SM Barnett 和 MJ Padgett。 “定制的双光子相关和公平采样：一个警示故事”。新 J. Phys。 15, 083047 (2013).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/15/8/083047

[11] N.大卫梅尔敏。《EPR实验——关于“漏洞”的思考》。安。纽约科学院。科学。 480, 422–427 (1986)。
https：///doi.org/10.1111/j.1749-6632.1986.tb12444.x

[12] 菲利普·H·埃伯哈德。 “无漏洞 einstein-podolsky-rosen 实验所需的背景水平和反效率”。物理。修订版 A 47，R747–R750（1993 年）。
https：///doi.org/10.1103/PhysRevA.47.R747

[13] Fabio Sciarrino、Giuseppe Vallone、Adán Cabello 和 Paolo Mataloni。 “带有随机目标源的贝尔实验”。物理。修订版 A 83, 032112 (2011)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.032112

[14] Anupam Garg 和 ND Mermin。 “爱因斯坦-波多尔斯基-罗森实验中的检测器效率低下”。物理。修订版 D 35, 3831–3835 (1987)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3831

[15] Jan-Åke Larsson。 “贝尔不等式和检测器效率低下”。物理。修订版 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 和 David J Wineland。 “通过有效检测对钟不等式的实验性违反”。自然 409, 791–794 (2001)。
https：/ / doi.org/10.1038/ 35057215

[17] DN Matsukevich、P. Maunz、DL Moehring、S. Olmschenk 和 C. Monroe。 “两个远程原子量子比特违反贝尔不等式”。物理。牧师莱特。 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 和 PG Kwiat。 “量子非局域性的检测无漏洞测试及应用”。物理。牧师莱特。 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 和 Sae Woo Nam。 “地方现实主义的强大无漏洞测试”。物理。牧师莱特。 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 和 Anton Zeilinger。 “用纠缠光子对贝尔定理进行重大无漏洞测试”。物理。牧师莱特。 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 等。 “使用相距 1.3 公里的电子自旋违反无漏洞贝尔不等式”。自然 526, 682–686 (2015)。
https：/ / doi.org/10.1038/nature15759

[22] John F. Clauser、Michael A. Horne、Abner Shimony 和 Richard A. Holt。 “测试局部隐变量理论的建议实验”。物理。牧师莱特。 23, 880–884 (1969)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880

[23] Dominic W. Berry、Hyunseok Jeong、Magdalena Stobińska 和 Timothy C. Ralph。 “公平抽样假设对于测试局部现实主义不是必需的”。物理。修订版 A 81, 012109 (2010)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.012109

[24] Davide Orsucci、Jean-Daniel Bancal、Nicolas Sangouard 和 Pavel Sekatski。 “在公平抽样假设下，后选择如何影响与设备无关的声明”。量子 4, 238 (2020)。
https://doi.org/10.22331/q-2020-03-02-238

[25] Igor Marinković、Andreas Wallucks、Ralf Riedinger、Sungkun Hong、Markus Aspelmeyer 和 Simon Gröblacher。 “光机铃测试”。物理。牧师莱特。 121, 220404 (2018)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.220404

[26] 多米尼克·劳赫、约翰内斯·汉德施泰纳、阿明·霍赫莱纳、杰森·加利奇奥、安德鲁·S·弗里德曼、梁志坚、刘博、卢卡斯·布拉、塞巴斯蒂安·埃克、法比安·施泰因莱希纳、鲁伯特·乌尔辛、胡蓓莉、大卫·莱昂、克里斯·本、阿德里亚诺·盖迪纳、马西莫·切科尼、 Alan H. Guth、David I. Kaiser、Thomas Scheidl 和 Anton Zeilinger。 “使用来自高红移类星体的随机测量设置的宇宙钟测试”。物理。牧师莱特。 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 和 Fabio Sciarrino。 “延迟选择实验的独立于设备的测试”。物理。修订版 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 和 G. Lima。 “与设备无关的随机性生成和自测试协议的部分纠缠态的实验研究”。物理。修订版 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 等。 “星量子网络中 n 局域性的实验性违反”。纳特。公社。 11, 1–8 (2020)。
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16189-6

[30] Santiago Tarrago Velez、Vivishek Sudhir、Nicolas Sangouard 和 Christophe Galland。 “环境条件下光和振动之间的贝尔相关性”。科学。进阶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 和 Fabio Sciarrino。 “具有工具因果结构的独立于实验设备的经认证的随机性生成”。公社。物理。 3、1–7（2020 年）。
https://doi.org/10.1038/s42005-020-0375-6

[32] Peter Spirtes、Clark N Glymour、Richard Scheines 和 David Heckerman。 “因果关系、预测和搜索”。麻省理工学院出版社。（2000）。
https：/ / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[33] 克里斯托弗·J·伍德和罗伯特·W·斯佩肯斯。 “量子关联的因果发现算法的教训：违反钟形不等式的因果解释需要微调”。新 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 和 Robert W. Spekkens。 “量子常见原因和量子因果模型”。物理。修订版 X 7, 031021 (2017)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031021

[35] 埃里克·G·卡瓦尔坎蒂。 “违反 bell 和 kochen-specker 不等式的经典因果模型需要微调”。物理。修订版 X 8, 021018 (2018)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021018

[36] Pawel Blasiak、Ewa Borsuk 和 Marcin Markiewicz。 “关于使用理想检测器进行贝尔测试的安全后选择：因果图方法”。量子 5, 575 (2021)。
https://doi.org/10.22331/q-2021-11-11-575

[37] Valentin Gebhart、Luca Pezzè 和 Augusto Smerzi。 “具有因果图后选择的真正的多方非局域性”。物理。牧师莱特。 127、140401（2021 年）。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.140401

[38] Valentin Gebhart 和 Augusto Smerzi。 “真正的多方非局域性的巧合后选择：因果图和阈值效率”（2022 年）。物理。修订版 A 106, 062202 (2022)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.062202

[39] 伯纳德·尤克和大卫·斯托勒。 “使用独立粒子源的贝尔不等式实验”。物理。修订版 A 46, 2229–2234 (1992)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.46.2229

[40] 伯纳德·尤克和大卫·斯托勒。 “来自独立粒子源的 Einstein-podolsky-rosen 效应”。物理。牧师莱特。 68, 1251–1254 (1992)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.1251

[41] JD弗兰森。 “位置和时间的贝尔不等式”。物理。牧师莱特。 62, 2205–2208 (1989)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.62.2205

[42] Sven Aerts、Paul Kwiat、Jan-Åke Larsson 和 Marek Żukowski。 “双光子弗兰森型实验和局域现实主义”。物理。牧师莱特。 83, 2872–2875 (1999)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.2872

[43] Jonathan Jogenfors、Ashraf Mohamed Elhassan、Johan Ahrens、Mohamed Bourennane 和 Jan Åke Larsson。 “在基于能量-时间纠缠的量子密钥分配中使用经典光破解钟测试”。科学。进阶1, e1500793 (2015)。
https：/ / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1500793

[44] Adán Cabello、Alessandro Rossi、Giuseppe Vallone、Francesco De Martini 和 Paolo Mataloni。 “拟议的具有真正能量-时间纠缠的钟实验”。物理。牧师莱特。 102, 040401 (2009)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.040401

[45] G. Lima、G. Vallone、A. Chiuri、A. Cabello 和 P. Mataloni。 “没有选择后漏洞的实验性钟形不等式违规”。物理。修订版 A 81, 040101 (2010)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.040101

[46] 乔治·斯维特利奇尼。 “通过钟型不等式区分三体和二体不可分性”。物理。修订版 D 35, 3066–3069 (1987)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3066

[47] N.大卫梅尔敏。 “宏观上不同状态叠加中的极端量子纠缠”。物理。牧师莱特。 65, 1838–1840 (1990)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838

[48] Jean-Daniel Bancal、Cyril Branciard、Nicolas Gisin 和 Stefano Pironio。 “量化多方非局域性”。物理。牧师莱特。 103, 090503 (2009)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.090503

[49] Jean-Daniel Bancal、Jonathan Barrett、Nicolas Gisin 和 Stefano Pironio。 “多方非局域性的定义”。物理。修订版 A 88, 014102 (2013)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.014102

[50] Patricia Contreras-Tejada、Carlos Palazuelos 和 Julio I. de Vicente。 “真正的多方非局域性是量子网络固有的”。物理。牧师莱特。 126, 040501 (2021)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.040501

[51] Miguel Navascués、Elie Wolfe、Denis Rosset 和 Alejandro Pozas-Kerstjens。 “真正的网络多方纠缠”。物理。牧师莱特。 125、240505（2020 年）。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.240505

[52] Debashis Saha 和 Marcin Pawłowski。 “量子和广播非局域相关性的结构”。物理。修订版 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 和 Robert W. Spekkens。 “了解纠缠和非定域性的相互作用：激发和发展纠缠理论的新分支”（2021 年）。 arXiv:2004.09194。
https://doi.org/10.48550/arxiv.2004.09194
的arXiv：2004.09194

[54] Xavier Coiteux-Roy、Elie Wolfe 和 Marc-Olivier Renou。 “没有二分非局部因果理论可以解释自然的相关性”。物理。牧师莱特。 127, 200401 (2021)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.200401

[55] Rafael Chaves、Daniel Cavalcanti 和 Leandro Aolita。 “多方贝尔非定域性的因果层次”。量子 1, 23 (2017)。
https://doi.org/10.22331/q-2017-08-04-23