Опыт Аспе был первым экспериментом по квантовой механике, который продемонстрировал нарушение неравенств Белла. Его бесспорный результат позволил провести дальнейшую проверку принципов квантовой запутанности и локальности. Он также стал экспериментальным ответом на ЭПР-парадокс, который около пятидесяти лет назад предложили Альберт Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен.

Опыт провёл французский физик Ален Аспе в между 1980 и 1982 гг. Научное сообщество сразу же признало важность опыта, он попал на обложку научно-популярного журнала «Scientific American». Хотя методология, применяемая Аспе, представляет собой потенциальный недостаток — т. н. «лазейку обнаружения» () (см. ), его результат считается решающим и привёл к многочисленным прочим опытам, которые подтвердили первоначальный опыт Аспе.

Опыты Аспе (1980—1982) В 1975 году, поскольку всё ещё отсутствовал решающий эксперимент по проверке нарушений неравенств Белла и достоверности квантовой запутанности, Ален Аспе предложил в статье достаточно скрупулёзный опыт: предлагаемый эксперимент для проверки несепарабельности квантовой механики.

А. Аспе для убедительности так детализировал свой эксперимент: Источник запутанных частиц должен быть идеальным с точки зрения сокращения продолжительности эксперимента и обеспечения как можно более чёткого нарушения неравенств Белла. Он должен не только показать корреляции в результатах измерений, но также демонстрировать, что эти корреляции действительно являются результатом квантового эффекта (и, следовательно, мгновенного влияния), а не классического эффекта, протекающего с досветовой скоростью. Экспериментальная схема должна как можно ближе соответствовать схеме Джона Белла для демонстрации его неравенств, чтобы соответствие между измеренными и прогнозируемыми результатами было как можно более близким.

«Идеальная» схема Джона Белла

На иллюстрации выше представлена принципиальная схема, на которой Джон Белл продемонстрировал свое неравенство: источник запутанных фотонов S одновременно испускает два фотона и , поляризация которых подготовлена так, что вектор состояния обоих фотонов:

Эта формула просто означает, что фотоны находятся в состоянии суперпозиции: они оба имеют вертикальную, горизонтальную или линейную поляризацию с равной вероятностью.

Эти два фотона затем измеряются с использованием двух поляризаторов P1 и P2, каждый с настраиваемым углом измерения: α и β. Результат измерения каждого поляризатора может быть (+) или (-), в зависимости от того, является ли измеренная поляризация параллельной или перпендикулярной углу измерения поляризатора.

Один заслуживающий внимания момент состоит в том, что поляризаторы, представленные для этого идеального эксперимента, дают измеримый результат как в (-), так и (+) ситуациях. Не все реальные поляризаторы способны сделать это: некоторые, например, обнаруживают ситуацию (+), но не могут ничего обнаружить в ситуации (-) (фотон никогда не покидает поляризатор). В первых экспериментах использовался последний тип поляризатора. Поляризаторы Алена Аспе намного лучше способны обнаруживать оба случая и, следовательно, намного ближе к идеальному эксперименту.

Учитывая прибор и начальное состояние поляризации, данное фотонам, квантовая механика способна предсказать вероятности измерения (+, +), (-, -), (+, -) и (-, +) на поляризаторах (P1, P2), ориентированные на углы (α, β):

Максимальное нарушение неравенств Белла предсказывается при | α-β | = 22,5 °

Результаты опыта Неравенства Белла устанавливают теоретическую кривую числа корреляций (++ или --) между двумя детекторами относительно угла детекторов . Форма кривой характеризует нарушения неравенств Белла. Соответствующие форме кривой измерения количественно и качественно установили нарушение неравенств Белла.

Опыты Аспе однозначно подтвердили нарушение, как и предсказывала копенгагенская интерпретация квантовой механики, тем самым подрывая локальный реализм Эйнштейна в квантовой механике и . В дополнение к подтверждению, нарушение было подтверждено точным способом, предсказанным квантовой механикой, со статистическим соглашением до 40 стандартных отклонений.

Учитывая техническое качество опыта, скрупулезное избегание экспериментальных артефактов и квази-совершенное статистическое соглашение, этот опыт убедил научное сообщество в целом в том, что квантовая механика нарушила неравенства Белла и, следовательно, что квантовая физика является нелокальной.

Ограничения опыта После получения результатов некоторые физики пытались найти недостатки в опыте Аспе и найти возможности для улучшений, чтобы противостоять критике.

Некоторые возможные теоретические возражения касательно экспериментальной установки:

квазипериодический аспект шунтирующих колебаний препятствует достоверности опыта, поскольку он может вызывать корреляции посредством квазисинхронизации, возникающей в результате двух направлений; корреляции (+, +), (-, -) и т. д. подсчитывались в режиме реального времени в момент обнаружения. Поэтому два (+) и (-) канала каждого поляризатора были связаны физическими контурами. Существовала возможность индуцированных корреляций.

Идеальный опыт, который отрицал бы любую мыслимую возможность индуцированных корреляций, должен:

использовать чисто случайное шунтирование; записывать результаты (+) или (-) на каждой стороне устройства без какой-либо физической связи между двумя сторонами. Корреляции рассчитывать после эксперимента путем сравнения зарегистрированных результатов обеих сторон.

Условия опыта также страдают от .

Заключение В настоящее время (в 2018 г.) чётко установлено нарушение неравенств Белла в квантовой механике. Нарушение неравенств Белла также используется для некоторых протоколов квантовой криптографии, в которых факт присутствия шпиона обнаруживается по прекращению нарушений неравенства Белла.

Как следствие необходимо признать квантовую нелокальность и запутанность.

Бросает ли опыт Аспе вызов релятивистской причинности? Вопрос поднимается широко распространённым представлением о том, что «квантовый объект представляет собой состояние, которое мгновенно зависит от состояния другого объекта, с которым он запутан». Такое введение «нелокального влияния» часто используется в научно-популярных журналах, а также (намеренно) некоторыми учёными, которые придерживаются реализма, в том числе самим Аленом Аспе и Бернардом д’Эспагнатом.See for example Corrélations, Causalité, Réalité (in French).

Существуют три варианта:

Во-первых, экспериментаторы должны использовать только расчёты с результатами в соответствии с экспериментом, не обращаясь к объяснению, полученному из нашей «макроскопической» логики. Этот подход, заимствованный из копенгагенской интерпретации, является наиболее широко признанным среди физиков. Он основан на том факте, что никакое объяснение явлений ЭПР не ведёт к проверкам или измеримым прогнозам. Как следствие, большинство физиков считают, что объяснения этого опыта выходят за рамки науки (см. критерий фальсификации Карла Поппера). Большинству объяснений действительно не хватает теоретической формализации. Поэтому используется эмпирический подход, и он направлен на то, чтобы избежать выхода за пределы научной области. В своей работе «Неразделенная вселенная: онтологическая интерпретация квантовой теории» физики Дэвид Бом и Бэзил Хейли считают беспочвенными возражения против принципа нелокальности. Отвечая тем, кто считает принятие нелокальности препятствием для научной изоляции и наблюдением за любым конкретным объектом, Бом и Хейли утверждают, что в макроскопическом мире эта наука возможна, поскольку локальность не имеет существенного значения : интерпретация допускает ту же степень отделимости системы, что требуется для «реальной научной работы». Сопоставить специальную теорию относительности с нелокальностью (см. Парадокс ЭПР) является более сложным делом, но Бом, как и Джон Стюарт БеллJohn Bell Inequality Video . 22 January 1990., указывает, что передача сигналов не играет роли в понятии нелокальности.

Бом и Хейли, как и Белл, помимо научных видят прочие факторы в отказе от нелокальности: Джон Белл: лекция в ЦЕРН (1990). Хейли и Бом: О возражениях против концепции нелокальности. (1993) Простая идея о жутких действиях на расстоянии отталкивает физиков. Если бы у меня был час, я бы завалил вас цитатами Ньютона, Эйнштейна, Бора и всех этих великих людей. Я бы сказал вам, как немыслимо иметь возможность менять отдаленную ситуацию, делая что-то здесь. Я думаю, что отцы-основатели квантовой механики на самом деле не нуждались в аргументах Эйнштейна о необходимости исключить действие на расстоянии, потому что они искали в другом месте. Идея детерминизма или действия на расстоянии была для них настолько отвратительной, что они отвернулись. Что ж, это традиция, и мы должны иногда в жизни учиться изучать новые традиции. И могло случиться так, что мы должны не столько принимать действия на расстоянии, но и принимать недостаточность «отсутствие действий на расстоянии». [Возражения против нелокальности], по-видимому, более или менее соответствуют предрассудкам, сложившимся в современной науке. […] На самых ранних этапах развития науки был долгий спор, чтобы отпустить то, что вполне могло быть воспринято как примитивные суеверия и магические представления. Нелокальность была явно ключевым понятием. Может остаться глубоко укоренившийся страх перед идеей нелокальности, вновь открывающей шлюзы, защищающие нас от того, что воспринимается как иррациональные мысли, лежащие под поверхностью современной культуры. Даже если бы это было так, это не было бы действительным аргументом против нелокальности

Вторая возможность состоит в том, что запутанность «объединила» два объекта, представленных во взаимодействии: два объекта остаются «одним», несмотря на их пространственное расстояние («нелокальность Бернарда д’Эспанья»). Это дистанцирование может быть даже временным: оно в основном пространственно-временное. На данный момент не существует объяснения тому, что считается результатом эксперимента, а не объяснением или интерпретацией этого результата. Этот подход, направленный на объяснение фактов эксперимента, является подходом рационалистов.