Forskere påviste krænkelse af Bells ulighed på frekvens-bin-indviklede fotonpar

Kvantesammenfiltring, et af de mest spændende træk ved multi-partikel kvantesystemer, er blevet en grundlæggende byggesten i både kvanteinformationsbehandling og kvanteberegning. Hvis to partikler er viklet ind, uanset hvor langt væk de er adskilt, Kvantemekanikken forudsiger, at måling af en partikel fører til øjeblikkelig bølgefunktionskollaps af den anden partikel.

Sådan "uhyggelig handling på afstand" er ikke-intuitiv, og i 1935, Einstein forsøgte at bruge sammenfiltring til at kritisere kvantemekanikken for at antyde, at kvantebeskrivelsen af ​​den fysiske virkelighed er ufuldstændig. Einstein mente, at ingen information kunne rejse hurtigere end lys, og foreslog, at der kunne være nogle lokale skjulte variable teorier, der kunne forklare verden på en deterministisk måde, hvis og kun hvis de adlyder realisme og lokalitet. I 1964, J. S. Bell viste, at debatten eksperimentelt kan løses ved at teste en ulighed; ved at måle sammenhænge mellem sammenfiltrede parter, resultatet beregnet ud fra lokale skjulte variable teorier bør begrænses af Bell-uligheden, hvilken, på den anden side, kan krænkes i forudsigelserne fra kvantemekanikken.

Ved at reducere lysets hastighed dramatisk, forskere ved Hong Kong University of Science and Technology implementerede en klokketest og var i stand til at generere frekvens-bin-indviklede smalbåndsbifotoner fra spontan firebølgeblanding (SFWM) i kolde atomer med en dobbeltvejskonfiguration, hvor faseforskellen mellem de to rumlige stier kan styres uafhængigt og ikke-lokalt.

Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Optica den 15. april, 2017.

"Vi testede CHSH Bell-uligheden og registrerede |S|=2.52±0.48|S|=2.52±0.48, som krænker Bell-uligheden |S|≤2, " sagde Shengwang Du, professor i fysik ved HKUST og leder af forskerholdet. "Vi har utvetydigt demonstreret genereringen af ​​frekvens-bin-indviklede smalbånds (ca. 1 MHz) bifotoner, som effektivt kan interagere med stationære atomare kvanteknuder i et atom-foton kvantenetværk. På grund af deres smalle båndbredde, disse bifotoner kan lagres og hentes fra en kvantehukommelse med høj effektivitet."

"Vores resultat, for første gang, tester Bell-uligheden i en ikke-lokal tidsmæssig korrelation af frekvens-bin-sammenfiltrede smalbåndsbifotoner med tidsopløst detektion, " sagde Xianxin Guo, medforfatter til papiret. "Dette vil have applikationer i kvanteinformationsbehandling, der involverer tids-frekvenssammenfiltring."

Undersøgelsen afslørede tidsmæssige detaljer, der stemmer godt overens med teoriberegninger baseret på kvantemekanik, og indebærer muligheden for at indkode og afkode qubit information i tidsdomænet.

"Vores smalbåndede frekvens-bin-indviklede bifotonkilde i dette arbejde kan ideelt implementeres til at producere rene bebudede enkeltfotoner i en tofarvet qubit-tilstand med en afstembar fase, gør brug af sammenfiltring, lineær optik, og tidsløst detektion, " sagde Guo.