Experimental local realism tests without fair sampling assumption
G. Brida, M. Genovese, F. Piacentini
根据参考文献[1，2]的理论建议，我们给出了实验结果，用于测试局部现实模型的限制族，但不依赖于公平抽样假设。
Following the theoretical suggestion of Ref. [1,2], we present experimental results addressed to test restricted families of local realistic models, but without relying on the fair sampling assumption.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
The standard fair sampling assumption is not necessary to test local realism
迄今为止，几乎所有的贝尔不等式实验都使用了后选择，因此依赖于公平抽样假设来解释它们。公平抽样假设的标准形式是损失与测量设置无关，因此检测到的系统的集合提供了总集合的公平统计样本。这通常被认为是需要解释贝尔不等式实验排除隐藏变量理论。在这里，我们表明，这是没有必要的;损失可以取决于测量设置，提供的检测效率因子分解作为测量设置和任何隐藏变量的函数。这个条件意味着纠缠态必须满足Tsirelson的束缚。另一方面，我们证明了在非纠缠态下，当CHSH-贝尔不等式仍然成立时，Tsirelson束缚是可能被破坏的，并给出了一个实验上可行的例子。
Experimental Scheme to Test the Fair Sampling Assumption in EPR-Bell Experiments
我们在这里提出了一个实验测试的公平采样假设在两个通道的EPR-贝尔实验检测漏洞持有。
This note describes an algorithm for enumerating all the elements in a finite set based on uniformly random sampling from the set. This algorithm can be used for enumeration by fair sampling with quantum annealing. Our algorithm is based on a lemma of the coupon collector's problem and is an improved version of the algorithm described in arXiv:2007.08487 (2020). We provide a mathematical analysis and a numerical demonstration of our algorithm.
On The Relevance Of Fair Sampling Assumption In The Recent Bell Photonic Experiments
在真实光子学实验中贝尔不等式的实验验证中，一般认为所谓的公平抽样假设（即一小部分结果提供公平的统计样本）有着不可回避的作用。在这里，我们想表明，这些实验的解释可能是可行的，如果使用一些不同的替代假设，而不是公平的抽样。为此，我们得到了一个有效的Bell型不等式，它在实际实验中是一个CHSH型不等式。量子力学违反了我们提出的不等式，与探测效率问题无关。
Bell violation with entangled photons, free of the coincidence-time loophole
在局部实在论的世界观中，物理性质是在测量之前定义的，并且与测量无关，没有任何物理影响可以比光速传播得更快。对贝尔不等式的适当的实验违反将表明，世界不能在局部实在论中描述。这样的实验通常需要额外的假设，这使得它们容易受到一些“漏洞”的影响。“最近的一个实验[Giustina et al，Nature，2013]违反了贝尔不等式，而不容易受到检测（或公平采样）漏洞的影响，因此不需要公平采样假设。本文分析了更为微妙的符合时间漏洞，提出并证明了两种不同的数据分析方法的有效性，这两种方法都是通用的，可用于脉冲和连续波实验。我们应用它们证明了上述实验违反了局部实在论，而不容易受到时间重合漏洞的影响，因此不需要相应的公平重合假设。
On 'Bell violation using entangled photons without the fair-sampling assumption'
最近的一个实验提出，光子，第一次违反了贝尔不等式关闭公平采样漏洞，即，而不必假定所测量的光子的样本公平地代表整个系综。在本文中，我们讨论了一个详细的量子力学模型的实验数据。在实验误差范围内，实验符合量子力学的预测。我们还讨论了漂移激光强度的影响，并表明它不能模仿违反贝尔不等式。因此，实验不受“生产率漏洞”的影响。"
Testing the Fair Sampling Assumption for EPR-Bell Experiments with Polarizer Beamsplitters
尽管许多尝试，没有本地现实的模型似乎能够重现EPR贝尔型相关，除非非理想的检测是允许的。在所有的光子实验中，探测器的效率都很低，这使得公平采样假设的使用不可避免。然而，由于这一假设是错误的，在所有现有的本地现实模型的基础上，效率低下的检测，因此，我们质疑其有效性。我们表明，这是没有更合理的假设公平抽样比它是不可能的测试，我们实际上提出了一个实验测试，将提供明确的结果，在不公平的抽样情况下。
A Fair Sampling Test for Ekert Protocol
针对Ekert协议（E91）中量子密钥分发的安全性问题，提出了一种局部增强方案。我们的建议是一个公平的抽样测试，旨在检测窃听企图，将使用有偏见的样本，以模仿一个明显的违反贝尔不等式。该测试是本地的和非破坏性的：它可以在任何时候由Alice或Bob在密钥的产生过程中单方面执行，并与贝尔不等式测试一起执行。
How post-selection affects device-independent claims under the fair sampling assumption
独立于设备的认证采用贝尔测试来保证设备的正常运行，从观察到的测量统计数据的唯一知识，即没有对设备的内部功能的假设。当这些贝尔测试是用效率太低的设备来实现的时候，人们必须对导致成功检测的事件进行后选择，从而依赖于公平的采样假设。我们在本文中解决的问题是，在公平抽样下，设备独立认证还剩下什么。我们提供了一个直观的描述后选择的过滤器和定义的公平采样假设作为这些过滤器的属性，相当于在[Berry et.例如，PRA 81（1），012109（2010）]。当这个假设被满足时，后选择的数据通过理想实验再现，其中无损设备测量可以通过局部概率图从实际状态获得的过滤状态。因此，可以获得关于该过滤状态的量子性质的可信结论，并且可以可靠地使用对应的测量统计，例如，用于随机性生成或量子密钥分发。我们还探讨了一个更强的公平采样的概念，导致的结论是，后选择的数据是一个公平的代表性的数据，将获得无损检测。此外，我们表明，我们的结论持有的情况下，从精确的公平抽样的小偏差。最后，我们描述了公平采样下的贝尔型实验中以前或潜在使用的设置，并确定了底层设备特定的假设。
Bell inequalities for two-photon experiments testable at low detection efficiency without assuming fair sampling
本文定义了一族包含两个角度作为隐变量的局域模型，用于测量可见光光子偏振相关的实验。搜索最佳的模型的家庭，这是最接近的量子力学的预测，允许推导贝尔型不等式，可以测试相对较低的检测效率。
Sampling all ground states of a Hamiltonian with equal probability is a desired feature of a sampling algorithm, but recent studies indicate that common variants of transverse field quantum annealing sample the ground state subspace unfairly. In this note, we present perturbation theory arguments suggesting that this deficiency can be corrected by employing reverse annealing-inspired paths. We confirm that this conclusion holds in simulations of previously studied small instances with degeneracy, as well as larger instances on quantum annealing hardware.
Fair sampling of ground-state configurations using hybrid quantum-classical MCMC algorithms
本文提出混合量子-经典MCMC算法用于公平采样基态配置，通过实验验证其在组合优化问题中的有效性。
Is the Fair Sampling Assumption supported by EPR Experiments?
我们分析了Weihs等人在因斯布鲁克1997-1998年进行的光学EPR实验数据。我们表明，对于原始符合率的一些线性组合，实验结果显示出一些更一般的源态（如非最大纠缠态）无法直接解释的异常行为。我们试图通过考虑四个通道的相对效率来解释这些异常现象。为此，我们使用公平采样假设，并明确地假设，纠缠光子对的探测效率可以写为两个相应的单光子探测效率的乘积。我们表明，这种明确使用的公平采样不能被保持为一个合理的假设，因为它会导致一个明显的违反无信号原则。
Optical tests of Bell's inequalities not resting upon the absurd fair sampling assumption
一个简单的局部隐变量模型再现了所有贝尔不等式的测试结果，涉及光学光子对。对于旧的原子级联实验，如Aspect的实验，即使在理想的设置下，模型也与量子力学一致。对于最近的实验，使用参数下转换的光子，协议只发生在实际的实验中，涉及低效率的探测器。反对公平的抽样假设，目前结合实验的结果，以声称与当地现实主义的矛盾参数。提出了新的测试，能够区分量子力学和一个有限的，但有吸引力的，家庭的本地隐藏变量模型。这种测试需要探测器的效率略高于20%。
Quantum entanglement, fair sampling, and reality: Is the moon there when nobody looks?
1981年，大卫·默明（David Mermin）描述了贝尔定理的一个巧妙的简化版本。它以一种直截了当的方式指出，从局域实在论的角度解释纠缠可能是有问题的。我在这里提出了一个扩展版本的Mermin的设备，实际上可以通过样本选择偏差给出一个简单的本地现实主义解释，我认为我们仍然没有科学理由相信月球可能不存在，当没有人看。
We present a loophole-free violation of local realism using entangled photon pairs. We ensure that all relevant events in our Bell test are spacelike separated by placing the parties far enough apart and by using fast random number generators and high-speed polarization measurements. A high-quality polarization-entangled source of photons, combined with high-efficiency, low-noise, single-photon detectors, allows us to make measurements without requiring any fair-sampling assumptions. Using a hypothesis test, we compute p-values as small as $5.9\times 10^{-9}$ for our Bell violation while maint…
Tailored two-photon correlation and fair-sampling: a cautionary tale
我们证明了Clauser-Horne-Shimony-Holt（CHSH）贝尔不等式式的实验测试，该不等式似乎表现出超出量子力学限制的相关性。受傅立叶合成思想的启发，我们设计了测量轨道角动量（OAM）状态的特定叠加的分析仪，当一个分析仪相对于另一个旋转时，产生的符合曲线类似于方波。从这些曲线计算CHSH贝尔参数$S$，得到超过$S_{QM}=2\sqrt{2}$的Tsirelson界限的值。我们得到了$S=3.99\pm0.02$，这意味着几乎完美的非局部Popescu-Rohrlich相关性。$S$的“超量子”值仅在我们的实验中是可能的，因为我们的实验微妙地不符合公平采样。我们的贝尔测试失败的方式公平采样不是立即显而易见的，需要被测量的状态的知识。我们的实验强调了基于高维状态空间（如OAM）测量的贝尔型实验所需的谨慎，特别是在设备无关的量子协议出现时。
Recently, a group of experiments tested local realism with random choices prepared by humans. These various tests were subject to additional assumptions, which lead to loopholes in the interpretations of almost all of the experiments. Among these assumptions are fair sampling, no signaling, and faithful reproduction of a Bell-type quantum model. We examined the data from 9 of 13 experiments and analyzed occurring anomalies in view of the above assumptions. We conclude that further tests of local realism need better setup calibration to avoid apparent signaling or necessity of the complicated u…
Fair Sampling by Simulated Annealing on Quantum Annealer
传统的量子退火不能公平地对所有的基态进行采样。我们证明，公平的采样可以通过执行模拟退火量子退火。我们讨论了实施这种方法时发生的问题，并提出了一种替代方法来克服它们。我们数值验证了公平的采样能力，我们的方法在一个小规模的玩具模型。
Violation of Bell Inequalities as a Violation of Fair Sampling in Threshold Detectors
通常用于量子光学实验的光电倍增管和雪崩光电二极管有时被称为阈值检测器，因为在光子计数模式下，它们不能区分最初从检测器中的吸收体提取的光电子的数量。我们认为，它们可以被称为阈值检测器的原因不止于此。我们指出，他们的运作原理依赖于两个阈值，通常被认为是不重要的，单独在EPR-贝尔讨论的背景下。我们展示了这些阈值的综合效应如何导致一个显着的采样选择偏差的脉冲对的检测，从而导致在一个明显的违反贝尔不等式。
Explaining Counts from EPRB Experiments: Are They Consistent with Quantum Theory?
我从Weihs等人的EPRB实验数据拟合到一个由EPRB思想实验组成的模型，该实验的输出被过滤。该过滤器实现了大多数研究者所做的假设：EPRB实验满足公平的抽样假设;检测和符合随机发生泊松分布（这为计算符合计数的标准误差，相关性等提供了基础）。根据卡方标准，该模型不适合数据预测和观察到的检测计数和巧合差异太大。从逻辑上讲，人们必须放弃公平采样和/或泊松误差和/或数据最终来自EPRB思想实验的假设。在文献中，放弃公平抽样似乎与放弃EPRB相结合，但对我来说，保留EPRB并放弃公平抽样和泊松误差似乎同样明智。一些相当普通的机制可能会违反公平采样，并且在任何实验中，不受控制和未受监控的因素都有可能导致不必要的变化。通过充分放松公平抽样和泊松假设（这并不需要太多），我的模型可以拟合数据。
Discarding undesirable measurement results in Bell experiments opens the detection loophole that prevents a conclusive demonstration of nonlocality. As closing the detection loophole represents a major technical challenge for many practical Bell experiments, it is customary to assume the so-called fair sampling assumption (FSA) that, in its original form, states that the collectively postselected statistics are a fair sample of the ideal statistics. Here, we analyze the FSA from the viewpoint of causal inference: We derive a causal structure that must be present in any causal model that faithf…
Bell violation with entangled photons, free of the fair-sampling assumption
违反贝尔不等式是一种实验观察，它迫使人们放弃一种局部的现实世界观，也就是说，在这种世界观中，物理性质是在测量之前（概率上）定义的，并且与测量无关，没有任何物理影响可以传播得比光速更快。所有这些实验违反都需要额外的假设，这取决于它们的具体构造，使它们容易受到所谓的“漏洞”的影响。“在这里，我们使用光子和高效超导探测器来违反贝尔不等式，从而关闭了公平采样的漏洞，即不假设测量光子的样本准确地代表整个系综。此外，我们证明了我们的设置可以实现单侧设备无关的量子密钥分发的两侧。这代表了与基础测试和有前途的量子应用相关的重大进展。
Irrelevance of photon events distinguishability in a class of Bell experiments
我们表明，区分单光子和双光子探测事件的可能性，通常不满足在实际实验中，是不是一个必要的要求，证明实验的艾黎和施[物理学评论快报。61，2921（1988）]和Ou和Mandel [Phys.Rev.Lett. 61，50（1988）]，是模公平抽样假设，有效的测试本地现实主义。我们还给出了临界参数的实验是无条件的本地现实主义的测试，并表明，其他一些有趣的现象（涉及玻色子型粒子不可逆性），可以观察到在这样的测试。
Uncertain fate of fair sampling in quantum annealing
最近，在D-Wave量子退火机上从理论和实验两方面证明了横向场量子退火不能以相等的概率找到所有的基态。特别是，有人提出，更复杂的驱动器哈密顿超越横向领域可能会减轻这一缺点。在这里，我们研究量子退火中的（不）公平采样机制。虽然高阶项可以提高选定的小问题的采样，我们提出了多个反例，其中驱动器超出横向领域的哈密顿算子不删除采样偏差。利用微扰理论，我们解释了为什么会出现这种情况。此外，我们提出了大规模的量子蒙特卡罗模拟自旋玻璃已知的简并在两个空间维度，并证明了公平的采样性能的二次驱动程序项是标准的横向场驱动程序。我们的研究结果表明，量子退火机不太适合采样应用，除非后处理技术，以提高采样应用。
Fair sampling with temperature-targeted QAOA based on quantum-classical correspondence theory
本文提出基于量子-经典对应理论的SBO-QAOA算法，通过温度依赖的哈密顿量实现退化态的公平采样，解决了标准QAOA在退化态采样中的偏差问题。
Fair Sampling Error Analysis on NISQ Devices
本研究在IBM Q NISQ设备上利用Grover Mixer-QAOA算法生成公平采样电路，提出基于皮尔逊χ²检验的公平性指标，发现中等错误率下公平性下降，表明结构化误差主导，为理解NISQ硬件误差提供了新工具。
Modern NISQ devices are subject to a variety of biases and sources of noise that degrade the solution quality of computations carried out on these devices. A natural question that arises in the NISQ era, is how fairly do these devices sample ground state solutions. To this end, we run five fair sampling problems (each with at least three ground state solutions) that are based both on quantum annealing and on the Grover Mixer-QAOA algorithm for gate-based NISQ hardware. In particular, we use seven IBM~Q devices, the Aspen-9 Rigetti device, the IonQ device, and three D-Wave quantum annealers. Fo…
Reinterpreting Quantum Probabilities in a Realistic and Local Framework: The Modified BCHSH Inequalities
大多数物理学家坚持认为，迄今为止对贝尔不等式（BI）的检验证实了标准量子力学（SQM）的预言，并反驳了局域实在论。但有些学者批评这种信念，以各种方式捍卫地方现实主义。我们在这里提出了一个新的观点的基础上的改进版本的扩展语义现实主义（ESR）的模型，最近已经制定出的作者之一。ESR模型将SQM的数学形式体现为一个更一般的框架，在这个框架中，不仅局部实在论而且物理性质的客观性都成立，并且SQM的概率被重新解释为条件而不是绝对。因此，ESR模型提供了一些形式上与SQM相同但具有不同物理解释的预测，以及形式上与SQM不同的进一步预测。特别是，我们在这里表明，BI介绍Clauser，霍恩，Shimony和霍尔特（BCHSH不等式）必须由修改后的BCHSH不等式取代。这些依赖于检测概率，该检测概率可以使得新的不等式永远不会被模型预测的条件期望值所违反。没有违规发生的条件意味着检测概率存在上限，这使得ESR模型是可证伪的。这些结果承认一个直观的解释，在不公平的抽样，但基本上不同的表面上类似的结果得到的其他方法，其中的效率问题进行了讨论，以维护某种地方的现实主义。
Tight Bounds for the Pearle-Braunstein-Caves Chained Inequality Without the Fair-Coincidence Assumption
在任何贝尔检验中，漏洞都可能导致结果的解释出现问题，因为对不等式的明显违反可能并不对应于对局部实在论的违反。一个重要的例子是当检测器设置可能影响检测发生的时间时出现的重合时间漏洞。这种效应可以在许多实验中观察到，其中测量结果要在远程站之间进行比较，因为对表面上的贝尔违反的解释在很大程度上取决于用于确定巧合的方法。重合时间漏洞以前已经研究了Clauser-Horne-Shimony-Holt（CHSH）和Clauser-Horne（CH）不等式，但最近的实验表明需要推广。在这里，我们研究了Pearle-Braunstein-Caves（PBC）的广义“链式”不等式，每个观察者有两个或更多的设置。这个不等式在例如量子密钥分发中有应用，其中它被用来重新建立安全性。在本文中，我们给出了PBC不等式的最小重合概率为所有N，并表明，这个界是紧的违反自由的公平重合假设。因此，如果一个实验的符合概率超过了这里导出的临界值，那么符合时间的漏洞就被消除了。
The Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) puzzle has been used to study quantum nonlocality and provide an all-or-nothing, no-go theorem for local hidden-variable models. Recent experiments using coincident-detected entangled photons prepared in a three-particle GHZ state have been used to test quantum nonlocality, but fail to rule out local realism due to a reliance on the fair-sampling hypothesis and insufficient detection efficiency. This paper describes a physically motivated local hidden-variable model based on amplitude-threshold detection that is capable of producing similar results. Detect…
Fair sampling of ground-state configurations of binary optimization problems
虽然已经开发了许多有效的算法来解决二元优化问题，但这些算法通常会产生退化问题的相关解。最值得注意的是，横向场量子退火-目前商业上可用的量子退火机中采用的启发式-已被证明在对解空间进行采样时通常是指数偏置的。在这里，我们提出了一种方法来采样基态（或低能量）配置的二元优化问题。该方法的样本简并状态几乎相等的概率，是基于并行回火蒙特卡罗与等能集群移动的组合。我们说明的方法使用二维伊辛自旋玻璃，以及自旋玻璃的D波系统公司。量子退火机嵌合体拓扑此外，一个简单的启发式近似退化问题的解决方案的数量。
A "fair sampling" perspective on an apparent violation of duality
如果一个量子力学粒子可以沿着两条可能的路径从一个初始状态过渡到一个最终状态，对偶性原理指出“禁止同时观察波和粒子的行为”。[M. O.史考利，B。G. Englert和H.瓦尔特Nature，351：111-116，1991.]强调在互补性方面增加自由度的重要性。在本文中，我们将展示如何的后果，二元性的变化时，允许有偏的采样，也就是说，后选择的测量特定程度的自由度的环境中的两个路径状态。我们的工作有助于解释以前的实验明显违反对偶性[R。Menzel，D. Puhlmann，A. Heuer和W. P.施莱希。Proc. Natl. Acad.科学，109（24）：9314-9319，2012.]并为二元性的新实验测试开辟了道路。
Bell nonlocality in quantum networks with unreliable sources: Loophole-free postelection via self-testing
本文提出在量子网络中通过自检方法实现无漏洞后选择，以提高设备无关随机性生成的效率。
On Bell inequality violations with high-dimensional systems
量子关联导致的贝尔不等式的违反已经引起了量子信息科学和基础物理学的极大兴趣。在本文中，我们解决了一些问题，成为相关的贝尔型测试涉及系统的局部尺寸大于2。对于在这种高维系统的2维子空间内的CHSH-Bell测试，有人建议Tsirelson界限的实验违反表明存在多于2维的纠缠。我们解释说，超越Tsirelson的界限是由于违反公平采样，并可以在一般情况下再现的可分离状态，如果违反公平采样。对于一类推广到d维系统的Bell型不等式，我们考虑在满足公平采样的情况下，需要多大程度的违反才能保证被测态的d维纠缠。我们发现，这可以作为一个实验可行的测试d维纠缠高达相当高的值d。
Biased Degenerate Ground-State Sampling of Small Ising Models with Converged QAOA
本研究通过数值模拟对比横场混合器QAOA与GM-QAOA的简并基态公平采样特性，发现横场混合器QAOA在部分问题中会出现基态采样有偏甚至指数抑制的现象，为QAOA的采样特性研究提供了实验依据。
Interpretation of Unfair Sampling in Quantum Annealing by Node Centrality
通过分析量子退火中基态的节点中心性，揭示采样偏倚与局部能量景观平坦性之间的关系，并提出提升采样公平性的方法。
Grover-QAOA for 3-SAT: Quadratic Speedup, Fair-Sampling, and Parameter Clustering
本研究通过经典模拟和量子硬件实验，证明 Grover-QAOA 在求解 3-SAT 所有解时相对随机采样具有二次加速，并优于传统 QAOA；单角度对约束和参数聚类降低了角度优化开销。
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