Физика квантовой информации - Бауместер Д.
ISBN 5-94057-017-8
Скачать (прямая ссылка):
6.3.5 Локальный реализм или квантовая механика: экспериментальная проверка
Можно ли экспериментально разрешить конфликт, возникающий между локальным реализмом и квантовой механикой, используя источник ГХЦ-перепутывания, рассмотренный в предыдущем разделе? Как уже объяснялось в разд. 6.3.2, для этого необходимо выполнить набор экспериментов при уух-, уху- и х>у-измерениях. Каждый из этих трех экспериментов дает 23 возможных исходов.
На рис. 6.5 показаны экспериментально полученные вероятности для каждого из Зх23 возможных исходов. Здесь, для того чтобы сравнить ГХЦ-аргументацию для состояния (6.19), представленную в разд. 6.3.2, мы просто переопределили поляризационные состояния фотона 3 в (6.26), т.е. обозначения |Я)зи |F)3 были переставлены местами.
Анализируя значения максимумов и минимумов на рис. 6.5, можно сделать вывод, что с точностью 71% ± 4%, т.е. когда видность «шах) - (min))/«max) + (min)) = 0.71±0.04, слагаемые, которые, как ожидалось, должны были присутствовать и те, которые должны были бы отсутствовать, могут быть идентифицированы. Несмотря на ограниченную видность, в основном связанную с конечной длительностью лазерных импульсов и конечной шириной частотных фильтров, для фун-
Многочастичное перепутывание 261
даментальной проверки - локальный реализм или квантовая механика - достаточно рассматривать данные, показанные на рис. 6.5.
Эти данные были получены из измерений ансамбля трех частиц, вылетающих из черного ящика. При таких измерениях никакие предварительные предположения об источнике ГХЦ-перепутывания не вовлекались в последующую демонстрацию конфликта с локальным реализмом.
^х-эксперимент
0,25
Рис.6.5. Экспериментально определенные вероятности всех трех возможных исходов при (а)_уух-измерении, (Ь)_улу-измерении и (с) х>у-измерении.
262 Квантовые сети и многочастичное перепутывание
Предсказание локального реализма: ххх
(U5
0,20 (а)
>й Н
CJ О 0Д5 WV HHV HVH’ VH'H'
S н ОС о 0,10 HW VHV ¦ WH ннн •.4v'" л'Лс>' -'-А.
•и и ^ V U ^
0,05 \ * \
0,00
Предсказание
0,25 квантовой теории: ххх
H’VV VHV VVir НИН'
Экспериментальные результаты: ххх
Рис. 6.6. (а): Предсказания локального реализма для вероятностей восьми трех-частичных корреляций при ххх-измерении (на основе данных, представленных на рис.6.5). (Ь): Соответствующие квантово-механические предсказания. (с): Экспериментальные результаты, которые резко противоречат предсказаниям локального реализма и находятся в хорошем соответствии с квантово-механическими предсказаниями в пределах ошибки измерений.
Из данных, показанных на Рис. 6.5 и, встав, на точку зрения локального реализма, т.е. предполагая, что исход определенного измерения над одной частицей не зависит от результата измерения, выполненного над другой частицей, которая пространственно удалена от первой,
Многочастичное перепутывание 263
можно предсказать (следуя аргументации, представленной в разд.6.3.2) возможные исходы для ххх-измерения. Эти предсказания показаны на Рис. 6.6а. Предсказания, сделанные на основе квантовой механики, показаны на Рис. 6.6Ь. Эти предсказания следуют из того факта, что данные, изображенные на Рис. 6.5 указывают на наличие перепутанных трех-частичных систем со степенью чистоты около 71%. И, наконец, на Рис.6.6с показаны экспериментальные результаты для ххх-измерений.
Эти результаты находятся в сильном противоречии с предсказаниями локального реализма и в полном согласии с квантово-механическими предсказаниями. В действительности, в пределах ошибки эксперимента, экспериментальные данные четко свидетельствуют о том, что происходят только те тройные совпадения, которые были предсказаны квантовой механикой, и не происходят те, которые предсказаны на основе локального реализма (см.(6.23)). В таком случае, в рассмотренном эксперименте была осуществлена первая проверка локального реализма без неравенств [313].
Поскольку невозможно выполнить эксперимент, удовлетворяющий полным корреляционными условиям, требуемым при ГХЦ-аргумента-ции, локальный реалист может возразить, что предсказания ГХЦ никогда нельзя проверить в лаборатории полностью и поэтому, его не убеждает приведенный анализ. Чтобы преодолеть эту трудность, был получен ряд неравенств Белла для jV-частичных ГХЦ-состояний [314-316]. Все эти работы показывают, что квантово-механические предсказания для ГХЦ-состояний нарушают эти неравенства на величину, растущую экспоненциально с ростом N. Например, оптимальное неравенство типа неравенства Белла для трех-частичного ГХЦ-состоя-ния было написано Мермином и имеет вид
где, например, <хуу) обозначает ожидаемое значение произведения собственных значений для х, у и у при измерениях над частицами 1,2, и 3, соответственно. Необходимая видность для нарушения неравенства типа Белла в случае эксперимента с трех-частичными ГХЦ-состоя-ниями составляет 50% [314]. Видность, наблюдаемая в рассмотренных выше экспериментах, составляла около 70% и надежно превышает 50%-ый предел. Подставляя экспериментальные результаты в левую часть неравенства (6.37), получаем
