การทดลองของ Aspectเป็นการ ทดลอง กลศาสตร์ควอนตัม ครั้งแรก ที่แสดงให้เห็นถึงการละเมิดอสมการของ Bellด้วยโฟตอนโดยใช้เครื่องตรวจจับที่อยู่ไกล ผลลัพธ์ในปี 1982 ช่วยให้สามารถยืนยันหลักการของการพัวพันควอนตัมและ หลักการ เฉพาะที่ได้ เพิ่มเติม นอกจากนี้ยังให้คำตอบเชิงทดลองสำหรับปริศนาที่Albert Einstein , Boris PodolskyและNathan Rosenได้เสนอไว้เมื่อประมาณห้าสิบปีก่อนหน้านั้น

นับเป็นการทดลองครั้งแรกที่ขจัดช่องโหว่เรื่องตำแหน่งที่ตั้งเนื่องจากสามารถปรับมุมของตัวกรองโพลาไรซ์ ได้ ในขณะที่โฟตอนกำลังเคลื่อนที่ ซึ่งเร็วกว่าความเร็วแสงที่จะไปถึงตัวกรองโพลาไรซ์อีกตัวหนึ่ง ทำให้ขจัดความเป็นไปได้ในการสื่อสารระหว่างตัวตรวจจับ

การทดลองนี้ดำเนินการโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสAlain Aspectที่Institut d'optique théorique et appliquéeในOrsayระหว่างปี 1980 ถึง 1982 ความสำคัญของการทดลองนี้ได้รับการยอมรับจากชุมชนวิทยาศาสตร์ในทันที แม้ว่าวิธีการที่ Aspect ดำเนินการจะมีข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้นได้ นั่นคือช่องโหว่ในการตรวจ จับ แต่ผลลัพธ์ของเขาก็ถือว่ามีความสำคัญและนำไปสู่การทดลองอื่นๆ อีกมากมาย (ที่เรียกว่าการทดสอบของ Bell ) ซึ่งยืนยันการทดลองดั้งเดิมของ Aspect ^{[ 1 ]}

จากผลงานของเขาในหัวข้อนี้ Aspect ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำ ปี 2022 ส่วนหนึ่ง ^{[ 2 ]}

ปรากฏการณ์Einstein–Podolsky–Rosen (EPR)เป็นการทดลองทางความคิดที่เสนอโดยนักฟิสิกส์Albert Einstein , Boris PodolskyและNathan Rosenซึ่งโต้แย้งว่าคำอธิบายความเป็นจริงทางกายภาพที่จัดทำโดยกลศาสตร์ควอนตัมนั้นไม่สมบูรณ์^{[ 3 ]}ในบทความ EPR ปี 1935 เรื่อง "คำอธิบายความเป็นจริงทางกายภาพตามกลศาสตร์ควอนตัมถือว่าสมบูรณ์หรือไม่" พวกเขาโต้แย้งถึงการมีอยู่ของ "องค์ประกอบของความเป็นจริง" ที่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของทฤษฎีควอนตัม และคาดการณ์ว่าน่าจะสามารถสร้างทฤษฎีที่มีตัวแปรที่ซ่อนอยู่ เหล่านี้ ได้ การแก้ปัญหาปรากฏการณ์นี้มีนัยสำคัญต่อการตีความกลศาสตร์ควอนตัม

การทดลองทางความคิดนี้เกี่ยวข้องกับอนุภาคคู่หนึ่งที่ถูกเตรียมไว้ในสิ่งที่ต่อมาเรียกว่าสถานะพันกัน ไอน์สไตน์ โพดอลสกี และโรเซน ชี้ให้เห็นว่า ในสถานะนี้ หากวัดตำแหน่งของอนุภาคแรก ผลลัพธ์ของการวัดตำแหน่งของอนุภาคที่สองก็สามารถทำนายได้ ในทางกลับกัน หากวัดโมเมนตัมของอนุภาคแรก ผลลัพธ์ของการวัดโมเมนตัมของอนุภาคที่สองก็สามารถทำนายได้เช่นกัน พวกเขาโต้แย้งว่า การกระทำใดๆ ต่ออนุภาคแรกจะไม่สามารถส่งผลกระทบต่ออนุภาคที่สองได้ในทันที เนื่องจากนั่นหมายถึงการส่งข้อมูลเร็วกว่าแสง ซึ่งเป็นสิ่งต้องห้ามตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพวกเขาอ้างถึงหลักการที่ต่อมาเรียกว่า "เกณฑ์ความเป็นจริง EPR" โดยตั้งสมมติฐานว่า "ถ้าเราสามารถทำนาย ค่าของ ปริมาณทางกายภาพ ได้อย่างแน่นอน (เช่น ด้วย ความน่าจะเป็นเท่ากับหนึ่ง) โดยไม่รบกวนระบบใดๆ เลย แสดงว่ามีองค์ประกอบของความเป็นจริงที่สอดคล้องกับปริมาณนั้น" จากสิ่งนี้ พวกเขาสรุปว่าอนุภาคที่สองจะต้องมีค่าที่แน่นอนทั้งตำแหน่งและโมเมนตัมก่อนที่จะมีการวัดปริมาณใดปริมาณหนึ่ง แต่กลศาสตร์ควอนตัมถือว่าสิ่งที่สังเกตได้ทั้งสองนี้ไม่เข้ากันดังนั้นจึงไม่เชื่อมโยงค่าพร้อมกันของทั้งสองกับระบบใดๆ ไอน์สไตน์ โพดอลสกี และโรเซนจึงสรุปว่าทฤษฎีควอนตัมไม่ได้ให้คำอธิบายที่สมบูรณ์ของความเป็นจริง^{[ 4 ]}

ในปี พ.ศ. 2507 จอห์น สจ๊วต เบลล์ นักฟิสิกส์ชาวไอริช ได้ทำการวิเคราะห์การพัวพันควอนตัมต่อไปอีกมาก^{[ 5 ]}เขาได้สรุปว่า หากทำการวัดอย่างอิสระบนอนุภาคที่แยกออกจากกันสองตัวของคู่ที่พัวพันกัน สมมติฐานที่ว่าผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับตัวแปรที่ซ่อนอยู่ภายในแต่ละครึ่งนั้น บ่งบอกถึงข้อจำกัดทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับความสัมพันธ์ของผลลัพธ์ในการวัดทั้งสอง ข้อจำกัดนี้ต่อมาได้รับการตั้งชื่อว่าอสมการของเบลล์จากนั้นเบลล์ได้แสดงให้เห็นว่าฟิสิกส์ควอนตัมทำนายความสัมพันธ์ที่ละเมิดอสมการนี้ ดังนั้น วิธีเดียวที่ตัวแปรที่ซ่อนอยู่สามารถอธิบายการทำนายของฟิสิกส์ควอนตัมได้ก็คือ ตัวแปรเหล่านั้นต้องเป็น "ไม่เฉพาะที่" ซึ่งหมายความว่าอนุภาคทั้งสองสามารถมีอิทธิพลต่อกันได้ทันทีไม่ว่าพวกมันจะแยกจากกันไกลแค่ไหนก็ตาม^{[ 6 ] [ 7 ]}

ในปี พ.ศ. 2512 John ClauserและMichael Horneพร้อมด้วยAbner Shimony นักศึกษาปริญญาเอกของ Horne และRichard Holt นักศึกษาปริญญาเอกของ Francis Pinki ได้คิดค้นอสมการ CHSHซึ่งเป็นการปรับปรุงอสมการ Bell เพื่อให้สามารถทดสอบได้ดีขึ้นด้วยการทดลอง^{[ 8 ]}

การทดลองเบื้องต้นครั้งแรกที่ออกแบบมาเพื่อทดสอบทฤษฎีบทของเบลล์นั้น ดำเนินการในปี 1972 โดย Clauser และStuart Freedmanที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ [ ^{9 ] ใน}ปี 1973 ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด การทดลองของ Pipkin และ Holt ชี้ให้เห็นข้อสรุปตรงกันข้าม โดยปฏิเสธว่ากลศาสตร์ควอนตัมละเมิดอสมการของเบลล์^{[ 8 ]} Edward S. Fry และ Randall C. Thompson จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสเอแอนด์เอ็มได้พยายามทำการทดลองซ้ำอีกครั้งในปี 1973 และเห็นด้วยกับ Clauser ^{[ 8 ]}การทดลองเหล่านี้เป็นการทดสอบที่จำกัดเท่านั้น เนื่องจากการเลือกการตั้งค่าเครื่องตรวจจับนั้นทำก่อนที่โฟตอนจะออกจากแหล่งกำเนิด^{[ 8 ]}

อลัน แอสเปคต์ ได้รับคำแนะนำจากจอห์น เบลล์ ให้พัฒนาการทดลองเพื่อขจัดข้อจำกัดนี้^{[ 8 ]}

Alain Aspect สำเร็จวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกในปี 1971 โดยทำงานเกี่ยวกับโฮโลแกรม จากนั้นจึงเดินทางไปต่างประเทศเพื่อสอนที่ École Normale ในแคเมรูนเขากลับมาฝรั่งเศสในปี 1974 และเข้าร่วมInstitut d'optiqueใน Orsay เพื่อทำ วิทยานิพนธ์ ระดับปริญญาเอกนักฟิสิกส์Christian Imbertได้ส่งเอกสารต่างๆ จาก Bell ให้เขา และ Aspect ทำงานเป็นเวลาห้าปีในการสร้างและทดสอบเบื้องต้นสำหรับการทดลองของเขา^{[ 8 ]}เขาตีพิมพ์ผลการทดลองครั้งแรกในปี 1981 และสำเร็จวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกในปี 1983 ด้วยผลการทดลองขั้นสุดท้าย^{[ 8 ]}ผู้ตรวจสอบประกอบด้วยAndré Maréchalและ Christian Imbert จาก Institut d'optique, Franck Laloë , Bernard d'Espagnat , Claude Cohen-Tannoudjiและ John Bell ^{[ 8 ]}

ภาพประกอบด้านบนแสดงถึงโครงร่างหลักที่จอห์น เบลล์ใช้ในการพิสูจน์อสมการของเขา: แหล่งกำเนิด S ของโฟตอนที่พันกันจะปล่อยโฟตอนสองตัวพร้อมกัน คือและ โดยที่ โพลาไรเซชันของ โฟตอนทั้ง สองถูกเตรียมไว้เพื่อให้เวกเตอร์สถานะของโฟตอนทั้งสองเป็น: ${\displaystyle \nu _{1}}$${\displaystyle \nu _{2}}$

${\displaystyle |\nu _{1},\nu _{2}\rangle ={1 \over {\sqrt {2}}}\left(\left|++\right\rangle +\left|--\right\rangle \right)}$

สูตรนี้หมายความว่าโฟตอนอยู่ในสถานะซ้อนทับกัน กล่าว คือ เป็นการรวมกันเชิงเส้นของโฟตอนทั้งสองที่โพลาไรซ์ในแนวตั้งและโฟตอนทั้งสองที่โพลาไรซ์ในแนวนอน โดยมีความน่าจะเป็นเท่ากัน จากนั้นจึงวัดโฟตอนทั้งสองนี้โดยใช้ตัวกรองโพลาไรซ์สองตัว P1 _และ P2 _ซึ่งแต่ละตัวมีมุมการวัดที่ปรับได้ คือαและβผลลัพธ์ของการวัดด้วยตัวกรองโพลาไรซ์แต่ละตัวจะเป็น (+) หรือ (−) ขึ้นอยู่กับว่าโพลาไรซ์ที่วัดได้ขนานหรือตั้งฉากกับมุมการวัดของตัวกรองโพลาไรซ์

ประเด็นที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือ ตัวกรองโพลาไรซ์ที่จินตนาการไว้สำหรับการทดลองในอุดมคตินี้ ให้ผลลัพธ์ที่วัดได้ทั้งในสถานการณ์ (−) และ (+) ไม่ใช่ตัวกรองโพลาไรซ์ในความเป็นจริงทุกตัวที่จะทำเช่นนี้ได้ บางตัวตรวจจับสถานการณ์ (+) ได้ แต่ไม่สามารถตรวจจับอะไรได้ในสถานการณ์ (−) (โฟตอนไม่เคยออกจากตัวกรองโพลาไรซ์) การทดลองในยุคแรกๆ ใช้ตัวกรองโพลาไรซ์แบบหลัง ตัวกรองโพลาไรซ์ของ Alain Aspect สามารถตรวจจับได้ทั้งสองสถานการณ์ได้ดีกว่า และจึงใกล้เคียงกับการทดลองในอุดมคติมากกว่า

เมื่อพิจารณาจากอุปกรณ์และสถานะโพลาไรเซชันเริ่มต้นที่กำหนดให้กับโฟตอน กลศาสตร์ควอนตัมสามารถทำนายความน่าจะเป็นของการวัด (+,+), (−,−), (+,−) และ (−,+) บนตัวกรองโพลาไรซ์ (P ₁ ,P ₂ ) ที่วางตัวในมุม ( α , β ) ได้

${\displaystyle P_{++}(\alpha ,\beta )=P_{--}(\alpha ,\beta )={1 \over 2}\cos ^{2}(\alpha -\beta )}$;

${\displaystyle P_{+-}(\alpha ,\beta )=P_{-+}(\alpha ,\beta )={1 \over 2}\sin ^{2}(\alpha -\beta )}$.

ปริมาณที่สนใจคือฟังก์ชันสหสัมพันธ์ที่กำหนดโดย^{[ 10 ]}

${\displaystyle S(\alpha ,\beta ;\alpha ',\beta ')=E(\alpha ,\beta )-E(\alpha ,\beta ')+E(\alpha ',\beta )+E(\alpha ',\beta ')}$

กับ

${\displaystyle E(\alpha ,\beta )=P_{++}(\alpha ,\beta )+P_{--}(\alpha ,\beta )-P_{+-}(\alpha ,\beta )-P_{-+}(\alpha ,\beta )}$

โดยที่ ( α ', β ') คือเซตของมุมที่แตกต่างกัน ตามอสมการ CHSH

${\displaystyle |S(\alpha ,\beta ;\alpha ',\beta ')|<2}$,

อสมการเบลล์ประเภทหนึ่ง กลศาสตร์ควอนตัมทำนายการละเมิดอสมการนี้สูงสุดสำหรับ | α − β | = | α' − β | = | α' − β' | = 22.5° และ | α − β' | = 67.5°

ในปี พ.ศ. 2518 เนื่องจากยังไม่มีการทดลองที่เด็ดขาดโดยอาศัยการละเมิดความไม่เท่าเทียมกันของเบลล์และการตรวจสอบความถูกต้องของการพัวพันควอนตัม อแลง แอสเปคต์จึงเสนอการทดลองที่ละเอียดถี่ถ้วนจนไม่อาจโต้แย้งได้ในบทความ^{[ 11 ] [ 12 ]}

อลัน แอสเปคต์ กำหนดรายละเอียดของการทดลองของเขาเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ชัดเจนที่สุด กล่าวคือ:

• แหล่งกำเนิดอนุภาคพันกันจะต้องมีคุณภาพดีเยี่ยม เพื่อลดระยะเวลาในการทดลองและเพื่อให้เห็นการละเมิดอสมการของเบลล์ได้อย่างชัดเจนที่สุด
• จะต้องแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ในการวัด แต่จะต้องแสดงให้เห็นด้วยว่าความสัมพันธ์เหล่านี้เป็นผลมาจากปรากฏการณ์ควอนตัม (และด้วยเหตุนี้จึงเป็นอิทธิพลในทันที) และไม่ใช่ผลจากปรากฏการณ์คลาสสิกที่เคลื่อนที่ช้ากว่าแสงระหว่างอนุภาคทั้งสอง
• แผนการทดลองต้องตรงกับของจอห์น เบลล์ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อแสดงให้เห็นถึงความไม่เท่าเทียมกันของเขา เพื่อให้ความสอดคล้องระหว่างผลที่วัดได้และผลที่ทำนายไว้มีความสำคัญมากที่สุด

Alain Aspect ได้ทำการทดลองที่ซับซ้อนขึ้นเรื่อยๆ เป็นชุดๆ สามรอบ ตั้งแต่ปี 1980 ถึง 1981 การทดลองรอบแรกเป็นการจำลองการทดสอบของ Clauser, Holt และ Fry ในการทดลองรอบที่สอง Aspect ได้เพิ่มตัวกรองโพลาไรซ์แบบสองช่อง ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของการตรวจจับ การทดลองทั้งสองรอบนี้ดำเนินการโดยได้รับความช่วยเหลือจากวิศวกรวิจัย Gérard Roger และนักฟิสิกส์Philippe Grangierซึ่งเป็นนักศึกษาปริญญาตรีในขณะนั้น^{[ 8 ]}

การทดลองรอบที่สามเกิดขึ้นในปี 1982 และดำเนินการร่วมกับโรเจอร์และนักฟิสิกส์ฌอง ดาลิบาร์ดซึ่งเป็นนักศึกษาหนุ่มในขณะนั้น^{[ 8 ]}การทดลองรอบสุดท้ายนี้ ซึ่งใกล้เคียงกับข้อกำหนดเริ่มต้นมากที่สุด จะถูกอธิบายในที่นี้

การทดลองครั้งแรกๆ ที่ทดสอบอสมการของเบลล์ใช้แหล่งกำเนิดโฟตอนที่มีความเข้มต่ำ และต้องใช้เวลาต่อเนื่องหนึ่งสัปดาห์จึงจะเสร็จสมบูรณ์ หนึ่งในความก้าวหน้าแรกๆ ของ Aspect คือการใช้แหล่งกำเนิดโฟตอนที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าหลายเท่า แหล่งกำเนิดนี้ทำให้สามารถตรวจจับโฟตอนได้ 100 ตัวต่อวินาที จึงทำให้ระยะเวลาการทดลองสั้นลงเหลือเพียง100 วินาที

แหล่งกำเนิดที่ใช้คือการเรียงตัวแบบแผ่รังสีของแคลเซียม ซึ่งถูกกระตุ้นด้วยเลเซอร์คริปตอน

จุดประสงค์หลักประการหนึ่งของการทดลองนี้คือเพื่อให้แน่ใจว่าความสัมพันธ์ระหว่างค่าที่วัดได้ P ₁และ P ₂ไม่ได้เป็นผลมาจากปรากฏการณ์ "แบบคลาสสิก" โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งผิดปกติที่เกิดจากการทดลอง

ยกตัวอย่างเช่น เมื่อเตรียม P1 และ P2 ด้วยมุมคงที่_αและ_β อาจสันนิษฐานได้ว่าสถานะนี้ก่อให้เกิดความสัมพันธ์แบบปรสิตผ่านวงจรไฟฟ้าหรือมวล หรือผลกระทบอื่นๆ อันที่จริงแล้ว ตัวกรองโพลาไรซ์ทั้งสองอยู่ในชุดอุปกรณ์เดียวกัน และสามารถส่งผลกระทบต่อกันและกันผ่านวงจรต่างๆ ของอุปกรณ์ทดลอง และสร้างความสัมพันธ์ขึ้นเมื่อทำการวัด

เราอาจจินตนาการได้ว่า การวางแนวคงที่ของตัวกรองโพลาไรซ์นั้นส่งผลกระทบต่อสถานะที่คู่โฟตอนถูกปล่อยออกมา ในกรณีเช่นนี้ ความสัมพันธ์ระหว่างผลการวัดอาจอธิบายได้ด้วยตัวแปรแฝงเฉพาะที่ภายในโฟตอนขณะที่ถูกปล่อยออกมา อแลง แอสเปคต์ เคยกล่าวถึงข้อสังเกตเหล่านี้กับจอห์น เบลล์ ด้วยตนเอง

วิธีหนึ่งในการตัดผลกระทบประเภทนี้ออกไปคือ การกำหนด ทิศทาง (α,β)ของตัวกรองโพลาไรซ์ในช่วงเวลาสุดท้าย—หลังจากที่โฟตอนถูกปล่อยออกมาแล้ว และก่อนที่จะตรวจจับได้—และวางตัวกรองโพลาไรซ์ให้ห่างจากกันมากพอที่จะป้องกันไม่ให้สัญญาณใดๆ ไปถึงตัวกรองใดตัวกรองหนึ่งได้

วิธีนี้รับประกันว่าทิศทางการวางตัวของตัวกรองโพลาไรซ์ในระหว่างการปล่อยแสงไม่มีผลต่อผลลัพธ์ (เนื่องจากทิศทางยังไม่แน่นอนในระหว่างการปล่อยแสง) นอกจากนี้ยังรับประกันว่าตัวกรองโพลาไรซ์จะไม่ส่งผลกระทบต่อกันและกัน แม้ว่าจะอยู่ห่างกันมากเกินไปก็ตาม

ด้วยเหตุนี้ ชุดอุปกรณ์ทดลองของ Aspect จึงวางตัวกรองโพลาไรซ์ P1 และ P2 ไว้ห่างจากแหล่งกำเนิด 6 เมตร และห่างกัน 12 เมตร ด้วยการจัดวางเช่นนี้ เวลาเพียง 20 นาโนวินาทีเท่านั้นที่จะผ่านไประหว่างการปล่อยโฟตอนและการตรวจจับ ในช่วงเวลาที่สั้นมากนี้ ผู้ทำการทดลองต้องตัดสินใจเกี่ยวกับทิศทางของตัวกรองโพลาไรซ์ แล้วจึงปรับทิศทางของมัน

เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ในทางกายภาพที่จะปรับเปลี่ยนทิศทางของตัวกรองโพลาไรซ์ภายในช่วงเวลาดังกล่าว จึงใช้ตัวกรองโพลาไรซ์สองตัว—ตัวหนึ่งสำหรับแต่ละด้าน—และจัดวางทิศทางไว้ล่วงหน้าในทิศทางที่แตกต่างกัน จากนั้นจึงใช้ตัวขนานความถี่สูงที่จัดวางแบบสุ่มไปยังตัวกรองโพลาไรซ์ตัวใดตัวหนึ่ง การจัดวางนี้จึงสอดคล้องกับตัวกรองโพลาไรซ์ตัวหนึ่งที่มีมุมเอียงของโพลาไรซ์แบบสุ่ม

เนื่องจากไม่สามารถทำให้โฟตอนที่ปล่อยออกมาทำให้เกิดการเอียงได้ จึงมีการสลับขั้วของตัวกรองโพลาไรซ์เป็นระยะทุก 10 นาโนวินาที (ไม่ตรงกับจังหวะการปล่อยโฟตอน) เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์อ้างอิงจะเอียงอย่างน้อยหนึ่งครั้งระหว่างการปล่อยโฟตอนและการตรวจจับ

ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของการทดลองในปี 1982 คือการใช้ตัวกรองโพลาไรซ์แบบสองช่องสัญญาณ ซึ่งช่วยให้สามารถวัดผลได้ทั้งในสถานการณ์ (+) และ (−) ตัวกรองโพลาไรซ์ที่ใช้ก่อนการทดลองของ Aspect สามารถตรวจจับสถานการณ์ (+) ได้ แต่ไม่สามารถตรวจจับสถานการณ์ (−) ได้ ตัวกรองโพลาไรซ์แบบช่องสัญญาณเดียวเหล่านี้มีข้อเสียหลักสองประการ:

• สถานการณ์ (−) นั้นยากที่จะแยกแยะออกจากความผิดพลาดในการทดลอง
• จำเป็นต้องมีการปรับเทียบอย่างพิถีพิถัน

ตัวกรองแสงแบบสองช่องสัญญาณที่ Aspect ใช้ในการทดลองของเขาช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาทั้งสองประการนี้ และทำให้เขาสามารถใช้สูตรของ Bell ในการคำนวณความไม่เท่าเทียมกันได้โดยตรง

ในทางเทคนิคแล้ว ตัวกรองแสงที่เขาใช้เป็นลูกบาศก์โพลาไรซ์ที่ยอมให้ขั้วหนึ่งผ่านไปได้และสะท้อนอีกขั้วหนึ่ง โดยเลียนแบบอุปกรณ์สเติร์น-เกอร์แลค

อสมการของเบลล์สร้างเส้นโค้งเชิงทฤษฎีของจำนวนความสัมพันธ์ (++ หรือ −−) ระหว่างตัวตรวจจับทั้งสองโดยสัมพันธ์กับมุมสัมพัทธ์ของตัวตรวจจับรูปร่างของเส้นโค้งเป็นลักษณะเฉพาะของการละเมิดอสมการของเบลล์ การวัดที่ตรงกับรูปร่างของเส้นโค้งจะยืนยันทั้งในเชิงปริมาณและคุณภาพว่าอสมการของเบลล์ถูกละเมิด ${\displaystyle (\alpha -\beta )}$

การทดลองทั้งสามครั้งของ Aspect ยืนยันการละเมิดอย่างชัดเจนตามที่กลศาสตร์ควอนตัมทำนายไว้ ซึ่งบั่นทอนมุมมองความเป็นจริงเฉพาะที่ของไอน์สไตน์เกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมและสถานการณ์ตัวแปรซ่อนเร้นเฉพาะที่นอกจากจะได้รับการยืนยันแล้ว การละเมิดยังได้รับการยืนยันในลักษณะที่กลศาสตร์ควอนตัมทำนายไว้อย่างแม่นยำโดยมีความสอดคล้องทางสถิติสูงถึง 242 ส่วนเบี่ยง เบนมาตรฐาน^{[ 13 ]}

ด้วยคุณภาพทางเทคนิคของการทดลอง การหลีกเลี่ยงสิ่งแปลกปลอมในการทดลองอย่างรอบคอบ และความสอดคล้องทางสถิติที่เกือบสมบูรณ์แบบ การทดลองนี้จึงทำให้ชุมชนวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปเชื่อว่าฟิสิกส์ควอนตัมละเมิดอสมการของเบลล์

หลังจากผลการทดลองออกมา นักฟิสิกส์บางคนพยายามค้นหาข้อบกพร่องในการทดลองของ Aspect อย่างถูกต้องตามกฎหมาย และหาวิธีปรับปรุงการทดลองเพื่อต่อต้านคำวิจารณ์

อาจมีข้อโต้แย้งเชิงทฤษฎีบางประการเกี่ยวกับระบบนี้:

• ลักษณะกึ่งคาบของการแกว่งแบบขนานขัดขวางความถูกต้องของการทดลอง เนื่องจากสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดความสัมพันธ์ผ่านการซิงโครไนซ์แบบกึ่งๆ ที่เกิดจากการอ้างอิงสองครั้ง
• ค่าสหสัมพันธ์ (+,+), (−,−) เป็นต้น ถูกนับแบบเรียลไทม์ ณ ขณะที่ตรวจจับ ดังนั้น ช่องสัญญาณ (+) และ (−) สองช่องของโพลาไรเซอร์แต่ละตัวจึงเชื่อมต่อกันด้วยวงจรทางกายภาพ จึงสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดค่าสหสัมพันธ์ได้อีกครั้ง

การทดลองในอุดมคติ ซึ่งจะขจัดความเป็นไปได้ใดๆ ของความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นโดยไม่ได้ตั้งใจ ควรมีลักษณะดังนี้:

• ใช้การสับเปลี่ยนแบบสุ่มโดยสมบูรณ์
• บันทึกผลลัพธ์ (+) หรือ (−) บนแต่ละด้านของอุปกรณ์ โดยไม่มีการเชื่อมต่อทางกายภาพระหว่างสองด้าน จากนั้นจึงคำนวณค่าสหสัมพันธ์หลังจากการทดลอง โดยการเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่บันทึกไว้จากทั้งสองด้าน

เงื่อนไขของการทดลองยังได้รับผลกระทบจากช่องโหว่ในการตรวจจับ อีกด้วย ^{[ 1 ]}

หลังจากปี 1982 นักฟิสิกส์เริ่มมองหาการประยุกต์ใช้การพันกัน ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาการคำนวณควอนตัมและการเข้ารหัสควอนตัม^{[ 8 ]}

จากผลงานของเขาในหัวข้อนี้ Aspect ได้รับรางวัลหลายรางวัล รวมถึงรางวัล Wolf Prize สาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2010 และรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2022 ซึ่งทั้งสองรางวัลนี้ได้รับร่วมกับJohn ClauserและAnton Zeilingerสำหรับการทดสอบ Bell ของพวกเขา^{[ 2 ] [ 14 ]}

ช่องโหว่ที่กล่าวถึงสามารถแก้ไขได้ตั้งแต่ปี 1998 เป็นต้นไป ในระหว่างนั้น การทดลองของ Aspect ได้ถูกทำซ้ำ และการละเมิดอสมการของ Bell ได้รับการยืนยันอย่างเป็นระบบ ด้วยความแน่นอนทางสถิติสูงถึง 100 ส่วนเบี่ยง เบน มาตรฐาน

มีการทดลองอื่น ๆ เพื่อทดสอบการละเมิดความไม่เท่าเทียมกันของเบลล์ด้วยตัวแปรที่สังเกตได้อื่นนอกเหนือจากโพลาไรเซชัน เพื่อเข้าใกล้เจตนารมณ์ดั้งเดิมของความขัดแย้ง EPR ซึ่งไอน์สไตน์จินตนาการถึงการวัดตัวแปรสองตัวที่รวมกัน (เช่น ตำแหน่งและปริมาณการเคลื่อนที่) บนคู่ EPR การทดลองหนึ่งได้นำเสนอตัวแปรที่รวมกัน (เวลาและพลังงาน) ซึ่งยืนยันกลศาสตร์ควอนตัมอีกครั้ง^{[ 15 ]}

ในปี พ.ศ. 2541 การทดลองที่เจนีวาได้ทดสอบความสัมพันธ์ระหว่างเครื่องตรวจจับสองตัวที่ตั้งอยู่ห่างกัน 30 กิโลเมตรโดยใช้เครือข่ายโทรคมนาคมใยแก้วนำแสงของสวิตเซอร์แลนด์^{[ 16 ]}ระยะทางดังกล่าวทำให้มีเวลามากขึ้นในการเปลี่ยนมุมของโพลาไรเซอร์ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะมีการลัดวงจรแบบสุ่มอย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้ โพลาไรเซอร์ที่อยู่ห่างกันทั้งสองตัวยังเป็นอิสระต่อกันโดยสิ้นเชิง การวัดจะถูกบันทึกไว้ในแต่ละด้าน และเปรียบเทียบหลังจากการทดลองโดยการกำหนดวันที่ของการวัดแต่ละครั้งโดยใช้นาฬิกาอะตอม การละเมิดอสมการของเบลล์ได้รับการตรวจสอบอีกครั้งภายใต้เงื่อนไขที่เข้มงวดและแทบจะเป็นอุดมคติ หากการทดลองของ Aspect บ่งชี้ว่าสัญญาณการประสานงานสมมุติจะต้องเดินทางเร็วกว่าความเร็วแสงc สองเท่า การทดลองของเจนีวาสามารถทำได้ถึง 10 ล้านเท่าของ c

การทดลองเกี่ยวกับการพันกันของไอออนที่ถูกดักจับเกิดขึ้นที่สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ในปี 2000 โดยใช้วิธีการตรวจจับตามความสัมพันธ์ที่มีประสิทธิภาพสูงมาก^{[ 17 ]}ความน่าเชื่อถือของการตรวจจับพิสูจน์แล้วว่าเพียงพอสำหรับการทดลองที่จะละเมิดอสมการของเบลล์โดยรวม แม้ว่าความสัมพันธ์ที่ตรวจพบทั้งหมดจะไม่ละเมิดอสมการเหล่านั้นก็ตาม

ในปี 2001 ทีมของอองตวน ซัวเรซ ซึ่งรวมถึงนิโคลัส กิซินผู้ที่เคยเข้าร่วมในการทดลองที่เจนีวา ได้ทำการทดลองซ้ำโดยใช้กระจกหรือตัวตรวจจับที่เคลื่อนที่ ทำให้พวกเขาสามารถย้อนลำดับเหตุการณ์ข้ามกรอบอ้างอิงได้ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (การย้อนลำดับนี้เป็นไปได้เฉพาะกับเหตุการณ์ที่ไม่มีความสัมพันธ์เชิงสาเหตุ) ความเร็วถูกเลือกเพื่อให้เมื่อโฟตอนสะท้อนหรือผ่านกระจกโปร่งแสง โฟตอนอีกตัวหนึ่งได้ผ่านหรือสะท้อนไปแล้วจากมุมมองของกรอบอ้างอิงที่ติดอยู่กับกระจก นี่คือการจัดเรียงแบบ "หลัง-หลัง" ซึ่งคลื่นเสียงทำหน้าที่เหมือนกระจกโปร่งแสง

ในปี 2015 การทดสอบ Bell ที่ไม่มีช่องโหว่สำคัญสามรายการแรกได้รับการเผยแพร่ภายในสามเดือนโดยกลุ่มอิสระในมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟท์มหาวิทยาลัยเวียนนาและ NIST การทดสอบทั้งสามรายการได้แก้ไขช่องโหว่การตรวจจับ ช่องโหว่ตำแหน่ง และช่องโหว่หน่วยความจำพร้อมกัน^{[ 8 ]}

ก่อนการทดลองของ Aspect ทฤษฎีบทของ Bell เป็นเพียงหัวข้อเฉพาะกลุ่มเท่านั้น การตีพิมพ์ของ Aspect และผู้ร่วมงานทำให้เกิดการอภิปรายในวงกว้างมากขึ้นเกี่ยวกับเรื่องนี้^{[ 18 ]}

ข้อเท็จจริงที่ว่าธรรมชาติพบว่าละเมิดความไม่เท่าเทียมกันของเบลล์ หมายความว่าสมมติฐานอย่างน้อยหนึ่งข้อที่อยู่เบื้องหลังความไม่เท่าเทียมกันนั้นจะต้องไม่เป็นจริงการตีความกลศาสตร์ควอนตัม ที่แตกต่างกัน ให้มุมมองที่แตกต่างกันเกี่ยวกับสมมติฐานที่ควรถูกปฏิเสธ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}การตีความแบบโคเปนเฮเกนโดยทั่วไปถือว่าการละเมิดความไม่เท่าเทียมกันของเบลล์เป็นเหตุผลในการปฏิเสธสมมติฐานที่มักเรียกว่าความแน่นอนเชิงสมมติ [ ^{22 ] [ 23 ] [ 24 ] นี่}เป็นเส้นทางที่ใช้โดยการตีความที่สืบทอดมาจากประเพณีโคเปนเฮเกน เช่นประวัติศาสตร์ที่สอดคล้องกัน (มักโฆษณาว่าเป็น "โคเปนเฮเกนที่ถูกต้อง") ^{[ 25 ]}เช่นเดียวกับQBism ^{[ 26 ]}ในทางตรงกันข้าม เวอร์ชันของการตีความหลายโลกทั้งหมดละเมิดสมมติฐานโดยนัยของเบลล์ที่ว่าการวัดมีผลลัพธ์เดียว^{[ 27 ]}แตกต่างจากทั้งหมดนี้การตีความแบบโบห์เมียนหรือ "คลื่นนำร่อง"ละทิ้งสมมติฐานของความเป็นท้องถิ่น: การสื่อสารทันทีสามารถเกิดขึ้นได้ในระดับของตัวแปรที่ซ่อนอยู่ แต่ไม่สามารถใช้เพื่อส่งสัญญาณได้^{[ 28 ]}

• ลัทธิกำหนดนิยมขั้นสูง

• Bernard d'Espagnat, Traité de physique และ de philosophie , ฟายาร์ดISBN 2-213-61190-4(เป็นภาษาฝรั่งเศส) ดูบทที่ 3 เรื่อง การไม่สามารถแยกออกจากกันได้และทฤษฎีบทของเบลล์
• เบอร์นาร์ด เดสปาญัต, À la recherche du réel , Bordas ISBN 2-266-04529-6(เป็นภาษาฝรั่งเศส)
• Bernard d'Espagnat, เอเตียน ไคลน์ขอแสดงความนับถือ sur la matière ISBN 2-213-03039-1(เป็นภาษาฝรั่งเศส) ดูบทที่ 8 ความไม่สามารถแยกออกจากกันได้ของคู่ที่สัมพันธ์กัน

Wikiquote มีคำคมที่เกี่ยวข้องกับการทดลองของ Aspect

• การประชุมทางวิดีโอเกี่ยวกับทัศนศาสตร์ควอนตัม (17 นาที) โดยอแลง แอสเปคต์หัวหน้าฝ่ายวิจัยของสถาบันทัศนศาสตร์แห่งออร์เซย์ (ภาษาฝรั่งเศส)
• ศูนย์ปรัชญาควอนตัม