图示：1SDI纠缠分布场景
通过增加MUB测量设置的数量M ， 这只可能在量子比特制度(d>2) ， 与基于量子比特的系统相比 ， 人们仍然可以在信道中存在大量损失和噪声的情况下演示转向 。 例如 ， 使用53个MUB设置 ， 可以容忍低至η=0.044的预告效率和p=0.5的噪声参数 。 这使人们能够在信道损耗和系统噪声之间找到完美的平衡 。 此外 ， 利用我们的二值化转向不等式 ， 只有两个结果的投影测量(检测到光子或未检测到光子)不仅显示出与转向的多结果对应物相同的损失容忍度和噪声鲁棒性 ， 而且在实验中更可行地实现两个通常在每个光子学实验室中可用的单点光子探测器 。
图示：抗噪性和容损度
为了通过实验证明在关闭公平采样漏洞的情况下 ， 噪声稳定EPR转向 ， 使用了在其离散横向位置-动量自由度中纠缠的光子对 ， 也称为像素纠缠 。 如图所示 ， 利用平均功率为500 mw的钛蓝宝石飞秒脉冲激光器 ， 在5 mm周期极化磷酸钛酸钾(ppKTP)晶体中 ， 通过ii型自发参数下转换产生了两个1550 nm的空间纠缠光子 。 在被偏振分束器分离后 ， 来自纠缠对的每个光子都被定向到双方Alice和Bob ， 他们可以通过使用空间光调制器(SLM)来执行局部投影测量 ， 以显示定制的仅相位全息图 。 这些全息图可测量空间模式的叠加 ， 即来自任何MUB的状态 。 只有携带正确状态的光子才能有效耦合到单模光纤中 。 这个测量系统允许Alice和Bob执行等式中的局部测量 。 并根据它们之间的归一化符合计数和Bob测量的归一化排他单计数来评估式的函数元素 。
图示：实验装置
在实验中 ， 通过在mmin = 12到tommax = 53范围内的多个mub中执行二进制投影测量 ， 演示了在高达d = 53的维度中的无检测漏洞操纵 。 在每一维中都排除了计算(十六进制像素)基 ， 因为它的损失要高得多 。 系统噪声参数(pexp)的范围为pexp = 0.823至0.625 ， 如图(a) 。 在d > 17维中 ， 我们通过降低SLM-A的衍射效率在Alice通道上引入额外的损耗 ， 从而降低单侧预示效率mexp -> n\"r(m = d)直到状态变得不可操纵[图(b)
。 对于这些减少的MEX ， 我们能够用m = d MUB测量设置来演示转向 。 例如 ， 使用m = 53MUB设置 ， 我们能够容忍创纪录低的单边预示效率 ， 即NEX = 0.038土0.001 ， 并且违反我们的转向不等式超过8个标准差 。 注意 ， 这种违反是在pexp = 0.641的噪声条件下获得的 。 随着噪声的降低 ， 单侧预示效率可以进一步降低 。
使用d = 41中的结果来强调由于使用高维度而产生的损失容限 。 图(c)显示了使用m个测量设置在d = 41中演示转向所需的临界单侧预示效率ncr(m) 。 作为噪声参数p的函数 。 给定噪声水平下的临界效率会显著降低 。 例如 ， 在固定噪声水平pexp = 0.625的情况下 ， 能够使用m = 11的测量设置来演示单侧预示效率为mexp = 0.175的转向 。 注意 ， 只要rexp满足exp > n\"r(m )这是可能的 。 当我们将测量设置的数量增加到m = 41时 ， Alice的通道效率可以进一步降低4倍 ， 达到nexp = 0.044 ， 并且仍然表现出量子转向 。 这清楚地证明了由高维度无检测漏洞转向违规所实现的对损失的增加稳定性 。 一般来说 ， 对于给定数量的测量设置 ， 可以通过沿着图(c)所示的临界单侧预示效率曲线工作来优化容许的损耗和噪声量 。
图示：实验结果
在量子位实验中遇到的一个常见问题是 ， 总测量时间(T)随着希尔伯特空间的维数急剧增加 ， 因为单探测器测量的总数作为md2缩放 。 对于我们的二值化转向不等式 ， 当人们在固定的置信区间内转向违规时 ， 情况确实不是这样 。 考虑图所示的例子 ， 其中对于给定的噪声和损失量 ， 仅在维度d > 23中获得转向违例 。 随着d的增加 ， 违反转向不等式10个标准差所需的总测量时间T'急剧减少 ， 直到达到最小值 。 然后又逐渐增加 。 这允许我们在更大的维度上最小化T' ， 在这个维度上 ， 抗损失和噪声的弹性非常高 ， 并且仍然在实际测量时间内演示转向 。
图示：总测量时间(T)与尺寸(d)的关系
我们在实验中验证了这一结果 ， 通过比较采用m=d设置的两个不同维度(d1=23 d2=41)的实验数据 ， 在固定的单边先驱效率ηexp = 0.062±0.006 ， 噪声参数pexp = 0.775 ， 但有两个非常不同的采集时间(t1ac = 750 ms t2ac = 2.2 ms) 。 d1 = 23时 ， 每个采集窗口测得的单个数量约为10四次方 ， 而d2= 41时 ， 单个数量下降了100多倍 ， 约为70 。 d2 = 41中的巧合计数只是每秒几次 ， 与串扰的顺序相同(见下图) 。 虽然这两种情况都证明违反了转向不平等10个标准差 ， 但d2= 41在总测量时间(T1 = 2.53 h和T2 = 2.53 min)上实现了大幅减少 。 请注意 ， 总测量时间T中不包括空间光调制器的响应时间 ， 因为可以通过使用快速相位调制设备技术限制 ， 如数字镜像设备来解决 。
推荐阅读
- 祖父悖论是不是可以破解？看看科学家怎么看待时间？
- 为什么人都怕死亡，因为你对它一无所知
- 地球为何“悬浮”在宇宙？是什么力量托着，让地球不会往下掉
- 韦伯望远镜拍到恒星形成影像 犹如太空沙漏
- 新的量子处理器揭示了光子的束缚态即使在混沌中也很强
- 死亡对于人类的意义，人死是为了更好的进化与发展？
- 科学家从古代DNA中重建了一个有200万年历史“繁荣”的生态系统
- 宇宙亮度是想象中的2倍！宇宙空间的神秘光芒，或来自传说中的粒子
- 运载能力达国际先进水平！快舟十一号固体运载火箭发射成功