Magnicon产品在用纠缠光子对贝尔定理进行无显著环孔检验（A significant-loophole-free test of Bell’s theorem with entangled photons）的应用

介绍：

Einstein、Podolsky 和 Rosen （EPR） 认为量子机械波函数是对物理现实的不完整描述[1].他们首先指出，量子力学预测了两个遥远的纠缠粒子的测量结果之间的完美相关性。最好考虑 Bohm 的两个纠缠自旋1/2原子的例子[2,3]，它们从单个自旋 0 分子发射并分布给两个遥远的观察者，现在通常称为 Alice 和 Bob。通过角动量守恒，总是发现两个自旋是相反的。Alice 测量原子 1 在自由选择的方向上的自旋。获得的结果使她能够确定地预测 Bob 沿同一方向测量原子 2 的结果。由于 Alice 可以选择任何可能的方向，并且 Alice 和 Bob 之间不再有互动，因此可以得出结论，Bob 所有可能的测量结果一定是预先确定的。然而，这些预先确定的值并没有通过波函数进入量子力学描述。这就是 EPR 论证量子态是对物理现实的不完整描述的本质[1].

贝尔定理指出，量子力学与局部实在论不相容。他表明，如果我们根据爱因斯坦的相对论假设，没有比光速传播速度更快的物理影响（局部性的假设），并且物体具有独立于测量的物理特性（现实主义的假设），那么来自两个遥远观察者的测量结果的相关性必然服从不等式[4].然而，量子力学预测了对纠缠粒子的某些测量结果的不等式违规。因此，贝尔不等式是一种根据实验结果排除哲学观点的工具。事实上，违规行为已经被衡量出来了。

这些实验性的违规行为是否使地方现实主义无效？这并不是唯一的逻辑可能性。到目前为止，贝尔不等式的实验检验需要额外的假设，因此留下了开放的漏洞，至少在原则上仍然允许对测量数据进行局部现实主义解释。（请注意，凭经验弥补漏洞可能仍然需要关于实验的一些特定假设的有效性。

如果一方的设置选择或测量结果可以及时传达给另一方以影响那里的测量结果，则本地漏洞（或通信漏洞）是打开的。每个局部测量值与远距离设置选择和远距离测量值的类空间分离可以填补局部漏洞。在实验中，这可以通过独立选择两侧的测量设置来确保，速度如此之快，以至于没有物理信号（受光速限制）可以及时将有关所选设置或测量结果的信息传递给另一侧，以便与那里的测量相关。

自由选择漏洞是指 Bell 制定的要求，即设置选择是“自由或随机的”[5].例如，这将禁止测量设置的选择与被测系统的属性之间可能存在的相互依赖性。在贝尔之后，我们用变量 𝜆来描述系统的所有属性，它代表“以 EPR 设想的方式完成量子力学所需的任意数量的假设附加互补变量”[5].只有在对 的起源进行特定假设的情况下，才能堵住这个漏洞。𝜆在用要测量的粒子创建的假设𝜆下，一个实验，其中设置是在测量站独立生成的，并且与粒子的产生分开，从而堵住了漏洞。

公平采样漏洞（或检测漏洞）是指以下问题：可以想象，在局部现实主义下，发射粒子的子集成违反了贝尔不等式，而总集成则没有。如果实验仅检测到此子集成并假设它代表整个集成，则此漏洞被利用[6].可以通过以足够的效率检测颗粒来堵塞漏洞;通过使用贝尔不等式，可以使情况更加清晰，因为贝尔不等式一开始就不做这种“公平抽样”的假设。

历史悠久[7,8]实验性 Bell 检验[9–20]解决单个漏洞，尽管长期目标一直是在单个实验中消除所有漏洞。仅举几例，Aspect 等人。S 1982 实验[10]首先采用测量设置的快速切换;Weihs 等人。S 1998 实验[11]通过快速随机切换对此进行了改进;Scheidl 等人。 [16]在 2010 年解决了选择自由问题，同时也填补了地方漏洞;Rowe 等人。 [12]在 2001 年率先堵上了公平抽样漏洞，随后在各种系统中进行了多次实验[13,15,18–20].直到最近，才有可能在单个实验中解决所有上述三个漏洞[20,21]（其中[20] 𝑝报告值为 0.039）。在这里，我们使用偏振纠缠光子对、高效探测器和与光子产生和遥探测分离的快速随机基选择空间类来报告贝尔不等式的违规。我们在一个具有高统计意义的实验中同时关闭了上述所有三个漏洞，从而为自然不能在局部现实主义的框架内描述的观点提供了强有力的支持。

位于维也纳霍夫堡城堡地下室的实验装置如图 1 所示。1（一）.我们的货币对来源 [图 .1（二）] 在周期性极化非线性晶体中使用自发参数下转换 （SPDC），并使用 Sagnac 配置生成高质量的纠缠[22].我们优化了泵和下转换收集模式的聚焦参数，以实现高预示效率[23,24].光子被耦合成单模光纤，并分配到两个遥远的测量站“Alice”和“Bob”[图 D.1（三）]，其中偏振测量在每侧两个设置角度之一进行。当光子在飞行中时，每个站的测量设置由随机数发生器 （RNG） 进行选择[25,26]位于那儿。测量是通过快速电光调制器 （EOM） 实现的，然后是偏振器和过渡边传感器 （TES） 单光子探测器[27].来自 TES 的信号被一系列超导放大[28]和室温放大器，数字化并在本地录制到硬盘驱动器上。此外，每个实施的设置都使用时间标记模块在每个测量站本地记录。存储在测量站本地的光子和设置数据由评估贝尔不等式的单独计算机收集。

（a） 设置示意图。（b） 来源：该源在两个结构相同且空间分离的测量站 Alice 和 Bob（距离≈58  m）之间分布了两个偏振纠缠光子，在那里分析了偏振。它在周期性极化晶体 （ppKTP） 中采用 II 型自发参量下转换，用 405 nm 脉冲二极管激光器（脉冲长度：12 ns FWHM）以 1 MHz 重复频率泵浦。激光通过体积布拉格光栅 （VBG） （FWHM： 0.3 nm） 进行光谱过滤，并通过单模光纤进行空间过滤。ppKTP 晶体以 Sagnac 配置从两侧泵送，以产生极化纠缠。每对光纤在偏振分束器 （PBS） 处进行分离，并收集到两根不同的单模光纤中，通向测量站。（c） 测量站：在每个测量站中，选择两个线性偏振方向之一进行测量，由电光调制器 （EOM） 控制，该调制器充当板 PBS 前面的可切换偏振旋转器。定制电子器件 （FPGA） 对随机数发生器 （RNG） 的输出进行采样，以触发 EOM 的切换。板 PBS 的传输输出被耦合到光纤中并输送到 TES。TES 的信号由 SQUID 和其他电子设备放大，数字化，并与设置选项一起记录在本地硬盘驱动器上。激光器和所有与开关或记录相关的电子设备都与 clock inputs （Clk） 同步。缩写：APD，雪崩光电二极管（见图 1）。2);BPF，带通滤光片;DM，二向色镜;FC，光纤连接器;HWP，半波片;L，镜头;POL，偏光片;M， 镜子;POLC，手动偏振控制器;QWP，四分之一波片;SQUID，超导量子干涉器件;TES，过渡边缘传感器;TTM，时间标记模块。

为了填补选择自由和局部漏洞，选择了实验的特定时空配置，如图 1 的中心图所示。

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