← Гипотезы

Большой разбор · Инсбрук · Делфт · NIST · Вена · ETH

Неравенство Белла: что доказано

Нарушение неравенства Белла принято читать как доказательство нелокальности. Но граница |S| ≤ 2 следует из трёх посылок сразу, и опыт может опровергнуть только их пересечение. Сверяем опубликованные измерения с границей, затем — с тем, что наш аудит воспроизвёл из сырых данных, и показываем, что после этого можно считать доказанным.

В графе утверждений: |S| ≤ 2 · выдержало опыт: Корреляции запутанных пар: параметр CHSH S Эфиродинамика Лосинца, Научный консенсус

Относится к теории: Локальные теории скрытых параметров · концепция: Paradox Lost (Бендебури и ДеЛей)

Проверяемое утверждение

Одновременно верны три посылки: П1 — ничто не распространяется быстрее света, П2 — параметры, задающие результат, существуют до измерения, П3 — измерения независимы друг от друга. Из них математически следует |S| ≤ 2 (неравенство CHSH)

Что берётся на веру
  • П1
    не быстрее света

    Ни сигнал, ни влияние не распространяются быстрее света: настройка и результат на одной станции не могут сказаться на другой, если свет между этими событиями пройти не успевает.

  • П2
    параметры до измерения

    До измерения существуют параметры, которые вместе с настройкой прибора определяют его результат.

  • П3
    независимость измерений

    Измерения независимы друг от друга: выбор настройки на каждой станции не связан ни с параметрами частиц, ни с другой станцией, а при заданных параметрах результат одной станции не зависит от результата другой.

  • В1
    честная выборка вспомогательная

    Зарегистрированные пары представляют все пары: детекторы теряют частицы без связи с настройками. Нужна там, где детекторы ловят меньше порога Эберхарда, — в Инсбруке.

  • В2
    опубликованная обработка верна вспомогательная

    Число из статьи получено из сырых данных так, как описано: отбор событий, окна и чистки не содержат ошибки. У Инсбрука и Делфта это проверил наш аудит (вторая группа); у NIST, Вены и ETH — берётся на веру, в каждом опыте своя.

  • В3
    сырые данные подлинные вспомогательная

    Открытые архивы — те самые записи, по которым считалась публикация.

П — посылки самого утверждения. В — вспомогательные: на них стоят отдельные тесты. Тест, исключивший утверждение, опровергает сочетание всех своих посылок, а не какую-то одну из них.

Статус
исключено данными
Порог 5σ · правила версии 7 · вычислено скриптом
36,5σ
наибольшее расхождение
Что именно опровергнуто

П1 не быстрее света∧П2 параметры до измерения∧П3 независимость измерений

Опровергнуто пересечение посылок: хотя бы одна из них неверна, но какая — данные не говорят. По отдельности ни одна не опровергнута.

Сохранить это сочетание можно, только отказавшись сразу от всех вспомогательных посылок: В1 честная выборка и В2 опубликованная обработка верна.

Поэтому из этих опытов не следует «мир нелокален»: данные требуют отказаться хотя бы от одной из трёх посылок, но выбрать, от какой, эксперимент не позволяет. Отказ от П1 — это нелокальность, от П2 — отказ от параметров, существующих до измерения, от П3 — связь настроек с частицами. Чтобы сохранить все три, надо допустить, что ошиблись все четыре опыта сразу: в Инсбруке выборка нечестна, а в NIST, Вене и ETH неверна опубликованная обработка.

Опубликованные измерения против границы |S| ≤ 2

Инсбрук, 1998: пространственное разделение, но детекторы ниже порога Эберхарда

исключено данными

опровергнуто сочетаниеП1∧П2∧П3∧В1

Воспроизведено: утверждение исключают независимые группы — Вальрафф (ETH Цюрих); Цайлингер (Инсбрук, затем Вена).

граница2
Инсбрук2,730 ± 0,020
расхождение36,5σ
граница · 2Инсбрук · 2,730 ± 0,0202,02,22,42,62,8

Делфт, 2015: без лазеек, 245 испытаний

не исключено этим тестом

посылки тестаП1П2П3

граница2
Делфт2,42 ± 0,20
расхождение2,1σ
граница · 2Делфт · 2,42 ± 0,202,02,22,42,62,8

NIST, 2015: без лазеек, опубликованное p-значение

исключено данными

опровергнуто сочетаниеП1∧П2∧П3∧В2

Воспроизведено: утверждение исключают независимые группы — Вальрафф (ETH Цюрих); Цайлингер (Инсбрук, затем Вена); Шалм, Нам (NIST Боулдер).

опубликованное p2,3·10⁻⁷
эквивалент5,04σ

Вероятность получить такое нарушение, если все посылки теста верны. Эквивалент в σ — односторонний.

Вена, 2015: без лазеек, опубликованное p-значение

исключено данными

опровергнуто сочетаниеП1∧П2∧П3∧В2

Воспроизведено: утверждение исключают независимые группы — Вальрафф (ETH Цюрих); Цайлингер (Инсбрук, затем Вена); Шалм, Нам (NIST Боулдер).

опубликованное p3,7·10⁻³¹
эквивалент11,55σ

Вероятность получить такое нарушение, если все посылки теста верны. Эквивалент в σ — односторонний.

ETH, 2023: сверхпроводящие кубиты, без окна совпадений, больше 10⁶ испытаний

исключено данными

опровергнуто сочетаниеП1∧П2∧П3∧В2

Воспроизведено: утверждение исключают независимые группы — Вальрафф (ETH Цюрих); Цайлингер (Инсбрук, затем Вена).

граница2
ETH2,0747 ± 0,0033
расхождение22,64σ
граница · 2ETH · 2,0747 ± 0,00332,002,022,042,062,08
Сверка опубликованного с сырыми данными (наш аудит)

Инсбрук: опубликованное S против пересчёта из сырых временных меток

воспроизводится

посылки тестаВ3

опубликовано2,730 ± 0,020
пересчёт аудита2,728 ± 0,024
расхождение0,06σ
опубликовано · 2,730 ± 0,020пересчёт аудита · 2,728 ± 0,0242,6752,7002,7252,7502,775

Делфт: опубликованное S против пересчёта из открытых данных

воспроизводится

посылки тестаВ3

опубликовано2,42 ± 0,20
пересчёт аудита2,422 ± 0,200
расхождение0,01σ
опубликовано · 2,42 ± 0,20пересчёт аудита · 2,422 ± 0,2002,02,22,42,62,8

NIST: сертифицированный прогон против внешней реконструкции

проверка не завершена

посылки тестаВ3

реконструкция аудитаK = -511 ± 649

Реконструкция по открытому коду NIST восстанавливает геометрию теста и оптимумы гейтов, но статистика CH получается K = −511 ± 649 — в согласии с нулём и ниже опубликованного небольшого положительного нарушения. Заранее записанный критерий (K > 0 при K/σ > 5) не выполнен, поэтому по правилу остановки вердикт не выносится. Причина — нераскрытые параметры чисток; это предел стороннего воспроизведения, а не признак ошибки NIST.

Ось линейки: S — комбинация CHSH; при посылках П1–П3 |S| ≤ 2. Толстая черта — ±1σ, тонкая — ±2σ. Шкала расхождения под каждым тестом логарифмическая: деления 1, 10, 100, 1000σ.

Во второй группе «воспроизводится» значит: число, пересчитанное аудитом из сырых данных, совпадает с опубликованным в пределах погрешности. Для Делфта оба числа посчитаны по одним и тем же 245 испытаниям, поэтому совпадение проверяет конвейер анализа, а не статистику.

Карта числа

измерено

Временные метки срабатываний детекторов на двух станциях и выбранные настройки анализаторов; для ETH — результаты считывания кубитов.

выведено

Корреляторы E(a, b) и комбинация CHSH: S = E(a, b) − E(a, b′) + E(a′, b) + E(a′, b′). У NIST и Вены — статистика CH/Эберхарда и p-значение.

принято

В Инсбруке — честная выборка: детекторы регистрируют лишь малую долю пар. Везде — что окно совпадений, синхронизация часов и сетка испытаний не подобраны под ответ. Это и проверял аудит.

Что можно считать доказанным

Утверждение Итог На чём держится
Нарушение в сырых данных Инсбрука — свойство самих данных, а не калибровки и синхронизации доказано аудитом — при допущении честной выборки 2·10⁵ калибровок пятипараметрического семейства: ни одна допустимая не даёт |S| ≤ 2 (0 из 1 488 и 0 из 5 524 выборочных на двух плато, верхние пределы 0,2 % и 0,05 %); три прогона стандартной конфигурации проходят все критерии синхронизации
Семейство калибровок само создаёт нарушение там, где его нет опровергнуто ни в одном из 16 «пустых» прогонов медиана плато не доходит до 2 (максимум 1,985)
Нарушение в Делфте — результат выбора отбора событий опровергнуто 5·10⁴ вариантов отбора: только 0,8 % дают S ≤ 2, официальный отбор — на 54-м перцентиле, S плавно убывает при расширении отбора (2,42 → 2,27)
Первый прогон Делфта в одиночку опровергает пересечение П1 ∧ П2 ∧ П3 нет — 2,1σ (p = 0,039) у 39 % вариантов отбора p поднимается выше 0,05; этот недостаток и закрывал второй прогон
Сертифицированное число NIST воспроизводится сторонней проверкой не удалось реконструкция упирается в нераскрытые параметры чисток; вердикт по правилу остановки не выносится
Точная косинусная кривая корреляций ниже эффективности Эберхарда доказывает нелокальность нет ту же кривую и |S| = 2√2 даёт локальная модель при эффективности 2/3, а в опытах с окном совпадений она 5–30 %
Пересечение трёх посылок опровергнуто: ничто не быстрее света (П1), параметры существуют до измерения (П2), измерения независимы (П3) да — по опубликованным результатам опытов без лазеек: Вена (11,5σ), ETH (22,6σ), NIST (5,0σ) на вспомогательной посылке В2 — опубликованная обработка верна: насколько нам известно, ни один из этих опытов пока не прошёл полного независимого аудита конвейера — от сырых меток до итоговой статистики
Доказана нелокальность — опровергнута именно П1 нет опыты опровергают только пересечение; ту же тройку можно нарушить, отказавшись от П2 или П3, и выбор между ними лежит за пределами эксперимента

Итог аудита — в пользу квантовой механики. Слабые места оказались не в физике, а в культуре данных: несохранённые записи о состоянии детекторов, нераскрытые параметры чисток, невоспроизводимость сертифицированного числа для третьей стороны. Из этого выросли семь критериев чистоты данных и восемь требований к будущим экспериментам — они ниже, вместе со статьёй, скриптами и пререгистрациями.

Обсуждение