这是推导贝尔不等式所需的唯一假设。λ 表示系统状态,可用任何可能的未来物理理论描述(但假设 x 和 y 与 λ 无关)。从这个意义上说,贝尔不等式远远超出了量子理论:违反贝尔不等式证明没有未来理论能够满足局域性条件 (1)。约翰·克劳泽、阿布纳·希莫尼、迈克尔·霍恩和理查德·霍尔特是 20 世纪 60 年代少数理解这一点的人,他们都想检验贝尔不等式,克劳泽想证明量子理论是错误的,而哈佛大学的年轻学生霍尔特想证明贝尔局域性假设 (1) 是错误的。得益于伯克利现有的设备,克劳泽处于有利地位。事实上,卡尔·科克尔也在 1967 年做过类似的实验,不过是出于其他目的。不幸的是,Kocher,甚至更早的吴建雄,只测量了偏振器平行或正交时的关系,而真正违反贝尔不等式需要中间取向。请注意,假设偏振是一个二维量子系统,即今天所说的量子比特,则可以从假设无信号传输的平行和正交关系中推导出 45° 关系 [1]:E 45 = (E +E )/√ – 2。这在当时并不为人所知。但无论如何,Kocher 和吴测得的可见度低于 50%,而真正违反贝尔不等式需要可见度大于 71%。因此,竞赛开始了。Clauser 先到了一步,证实了量子预测,这出乎他的意料。但随后 Holt 也得到了自己的结果,证实了不等式,这出乎他的意料。不知何故,比分竟然是一比一。当时,这些迷人而有趣的结果几乎没有引起任何人的兴趣,除了一些嬉皮士,他们后来可以声称拯救了物理学[2]。克劳塞与他们进行了长时间的讨论,尽管我最后一次见到他时,他已经变成了一个大声的气候怀疑论者。20世纪70年代,我的朋友阿兰·阿斯派克特在非洲做法国公务员,像我们所有人一样阅读物理学。当他偶然发现贝尔不等式时,他一见钟情:“我想研究它”。回到巴黎后,他前往日内瓦会见约翰·贝尔,并告诉他自己的计划。贝尔回答说:“你有永久职位吗?”事实上,在那个时代,研究贝尔不等式——甚至只是表现出对它的兴趣——都是一种科学自杀。教条认为,玻尔已经解决了所有问题。回想起来,很难理解玻尔被贬低得有多深
量子力学最引人注目的特性之一是,量子系统的状态可以表示为不同物理态的相干叠加,即与某些可观测量的实际可测值相对应的特征态。由于这些特征态构成了完全可区分状态的基础,因此这种线性展开的系数也取决于基础。所有纯量子特性都与量子相干性的存在密切相关,量子相干性在实验中表现为干涉和量子涨落 [1]。人们确实认为从经典世界到量子世界的转变是由于退相干 [2]。保持量子相干并从而对抗退相干是量子信息处理协议 [6] 面临的最基本挑战之一 [3–5]。
摘要 我们分析了量子纠缠和经典纠缠之间的相互关系。后者的概念广泛应用于经典光学模拟光的某些量子状特征。我们批评了“量子非局域性”是区分量子和经典纠缠实现的基本因素的普遍解释。相反,我们指出了 Grangier 等人于 1986 年进行的突破性巧合检测实验,该实验在拒绝(半)经典场模型而支持量子力学方面发挥了关键作用。经典纠缠源产生二阶相干系数为 g ( 2 ) ( 0 ) ≥ 1 的光束。使用不同通道中的信号强度而不是计数光电探测器的点击次数可以掩盖经典纠缠的这一特征。强度和点击次数计数之间的相互作用不仅仅是一个技术细节。我们将这个问题提升到了很高的基础层面。
在1935年,爱因斯坦,波多尔斯基和罗森建议某些量子机械状态必须违反一个或两个基本的经典假设(遥远的事件不能改变附近的测量结果)和现实主义(现实效率)和现实率(仅取决于潜在的测量结果)。这些非经典的两个粒子状态表现出多基础相关性(或反别常),被称为“纠缠”。''因为地方和现实主义对古典直觉是如此重要,所以20世纪物理学的中心辩论围绕以下问题:量子力学的替代方案(一种当地现实的理论)是否可以解释纠缠看似非分类的关系?在1964年,贝尔通过分析在任何经典系统的集合上进行的测量之间的允许相关性的限制,从而在实验中设计了一种方法[2]。如果在有足够的理想条件下进行,违反贝尔的不平等将最终排除所有可能的当地现实理论。尽管纠缠已在实验中被剥夺,并且在无数非理想的实验中违反了贝尔不平等[3-12],但这些实验中的每一个都无法克服至少两个关键障碍中的至少一个。到目前为止,这些漏洞仅使用纠缠光子封闭[8,13];可以在不同方向行驶的光子在第一个障碍 - 位置漏洞 - 使地方现实理论可能依赖于从一个纠缠粒子发送给其伴侣的某种类型的信号(例如,包含有关特定测量的信息的信号),或从测量粒子上执行的特定测量值,或者是根据测量源为源源到源源(已知按源源)(已知的选择)(已知的选择)。
通过光子交换使具有不同特性的量子系统纠缠是构建未来量子网络的先决条件。证明在不同波长下工作的光的量子存储器之间存在纠缠进一步推动了这一目标的实现。在这里,我们报告了一系列实验,其中铥掺杂晶体用作 794 nm 光子的量子存储器,铒掺杂光纤用作 1535 nm 电信波长光子的量子存储器,以及通过自发参量下转换产生的光子对源。通过对从两个存储器重新发射后的光子进行表征,我们发现非经典相关性,其互相关系数为 g (2) 12 = 53 ± 8;纠缠保持存储的输入输出保真度为 F IO ≈ 93 ± 2%;和非局域性,违反了 Clauser-Horne-Shimony-Holt Bell 不等式,其中 S = 2 . 6 ± 0 . 2。我们的原理验证实验表明,纠缠在通过以不同波长工作的不同固态量子存储器传播时仍然存在。
非局域性研究历来集中在爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论和贝尔不等式的情景上。在这种所谓的贝尔情景中,单个源发射出成对的粒子,这些粒子分布在两方之间,双方在空间上分开的位置独立测量这些粒子,然后比较它们的统计数据。近年来,非局域性研究已经超越了贝尔情景,开始考虑网络情景中可能出现的相关性 [1]。网络具有多个独立源,这些源发射粒子,然后根据特定的网络架构在多个方之间分配。例如,最简单的网络称为双局域情景 [2,3],有两个独立源,每个源分配一对粒子;一个在 Alice 和 Bob 之间,另一个在 Bob 和 Charlie 之间。这与在最简单的纠缠交换形式中遇到的情景相同 [4]。众所周知,与贝尔情景相比,引入多个独立源使得网络中非局域性的技术分析更具挑战性。然而,网络也提供了新的概念见解。例如,这涉及量子力学中复数的使用[5-7],无需输入的设备独立认证[8],单光子的非局部性[9],测量依赖性的上限[10]和广义概率理论的检验[11]。人们已经开发出一些计算方法,主要基于膨胀的想法,从外部限制网络中局域[12]、量子[13,14]和后量子[15]相关性的集合。对网络非局部性的探索已经产生许多针对不同网络架构的非局部性标准,例如双局部场景[2,3,16]、链式场景[3,17,18]、星式场景[19,20]以及许多其他场景(参见例如[21-27])。一个特别神秘的网络是所谓的三角场景。它包含三个参与方,即 Alice、Bob 和 Charlie,以及三个源,每个源在参与方之间发射一对粒子(见图 1)。这个网络之所以特别有趣,是因为它是最简单的场景,其中每个参与方都通过共享源与其他参与方相连。它可以被认为是全连通图的最简单实例,其中顶点代表参与方,边代表源,每个源都发射彼此共享的独立粒子对。可以在三角中创建非局域性
摘要:我们通过考虑测量引起的非局域性 (MIN) 对黑洞附近的量子关联进行了系统且互补的研究。在霍金辐射方面,我们讨论了费米子、玻色子和混合费米子-玻色子模式中感兴趣的量子测度。所得结果表明,在无限霍金温度极限下,物理上可访问的关联仅在费米子情况下不会消失。然而,较高频率模式可以在有限霍金温度下维持关联,混合系统对费米子频率的增加比玻色子系统更敏感。由于后一种模式的 MIN 迅速减小,因此增加频率可能是在有限霍金温度下维持非局域关联的一种方式。
随着在制造和控制由越来越多的量子比特组成的量子设备方面取得的巨大进步,我们现在进入了嘈杂中型量子技术的时代[1]。在控制不同平台上的量子自由度方面已经取得了相关进展[2-4]。然而,在某种程度上,控制这些系统动力学的真正汉密尔顿量往往(至少)部分未知。在这种情况下,最大的挑战是在物理直觉的指导下,推断出一个能够与实验数据相匹配的量子系统的真实汉密尔顿模型。通过查询设备(假设为一个黑匣子),可以测量几个可观测量的时间演变,以学习系统汉密尔顿量。这个过程被称为汉密尔顿学习,多年来一直是量子计算的基础。
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