1International Institute of Physics, Federal University of Rio Grande do Norte, 59078-970, Natal, Brasilien
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brasilien
3School of Physics and Astronomy, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, Storbritannien
4School of Science and Technology, Federal University of Rio Grande do Norte, Natal, Brasilien
Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.
Abstrakt
Det berygtede kvantemålingsproblem viser vanskeligheden ved at forene to kvantepostulater: enhedsudviklingen af lukkede kvantesystemer og bølgefunktionens kollaps efter en måling. Denne problematik fremhæves især i Wigners ven tankeeksperimentet, hvor misforholdet mellem enhedsudvikling og målekollaps fører til modstridende kvantebeskrivelser for forskellige observatører. En nyere no-go-sætning har fastslået, at (kvante)statistikken, der stammer fra et udvidet Wigners vennescenarie, er uforenelig, når man forsøger at holde tre ufarlige antagelser sammen, nemlig no-superdeterminisme, parameteruafhængighed og absoluthed af observerede begivenheder. Med udgangspunkt i dette udvidede scenarie introducerer vi to nye mål for begivenhedernes ikke-absolutitet. Den første er baseret på EPR2-nedbrydningen, og den anden involverer afslapning af absoluthedshypotesen antaget i den førnævnte no-go-sætning. For at bevise, at kvantekorrelationer kan være maksimalt ikke-absolut ifølge begge kvantifikatorer, viser vi, at kædede Bell-uligheder (og lempelser deraf) også er gyldige begrænsninger for Wigners eksperiment.
Populært resumé
For at illustrere problemet foreslog den ungarsk-amerikanske fysiker Eugene Wigner i 1961 et imaginært eksperiment, nu kaldet Wigners venneeksperiment. Charlie, en isoleret observatør i sit laboratorium, udfører en måling på et kvantesystem i en superposition af to tilstande. Han opnår tilfældigt et af to mulige måleresultater. I modsætning hertil fungerer Alice som en superobservatør og beskriver sin ven Charlie, laboratoriet og systemet, der måles som et stort sammensat kvantesystem. Så fra Alices perspektiv eksisterer hendes ven Charlie i en sammenhængende superposition, viklet ind i resultatet af hans måling. Det vil sige, at fra Alices synspunkt forbinder kvantetilstanden ikke en veldefineret værdi med resultatet af Charlies måling. Disse to beskrivelser, Alice eller hendes ven Charlies, fører således til forskellige resultater, som i princippet kunne sammenlignes eksperimentelt. Det virker måske lidt mærkeligt, men her ligger problemet: kvantemekanikken fortæller os ikke, hvor vi skal trække grænsen mellem den klassiske og kvanteverdenen. I princippet gælder Schrödinger-ligningen for atomer og elektroner såvel som for makroskopiske objekter som katte og menneskevenner. Intet i teorien fortæller os, hvad der skal analyseres gennem enhedsudviklinger eller formalismen af måleoperatorer.
Hvis vi nu forestiller os to superobservatører, beskrevet af Alice og Bob, hver af dem måler deres eget laboratorium indeholdende deres respektive venner, Charlie og Debbie og de systemer, de måler, burde statistikken opnået af Alice og Bob være klassisk, dvs. være i stand til at krænke enhver Bell ulighed. Når alt kommer til alt, ifølge målepostulatet, burde al ikke-klassicitet af systemet være slukket, da Charlie og Debbie udførte deres målinger. Matematisk kan vi beskrive denne situation med et sæt hypoteser. Den første hypotese er begivenhedernes absoluthed (AoE). Som i et Bell-eksperiment er det, vi har eksperimentel adgang til, sandsynlighedsfordelingen p(a,b|x,y), måleresultaterne for Alice og Bob, givet at de målte en vis observerbar. Men hvis målinger foretaget af observatører virkelig er absolutte hændelser, så burde denne observerbare sandsynlighed komme fra en fælles sandsynlighed, hvor Charlie og Debbies måleresultater også kan defineres. Når det kombineres med antagelserne om måleuafhængighed og ingen-signalering, fører AoE til eksperimentelt testbare begrænsninger, Bell-uligheder, der overtrædes af kvantekorrelationer, hvilket beviser inkompatibiliteten af kvanteteori med kombinationen af sådanne antagelser.
I dette papir viser vi, at vi kan slække på AoE-antagelsen og stadig opnå kvanteovertrædelser af de tilsvarende Bell-uligheder. Ved at overveje to forskellige og komplementære måder at kvantificere afslapningen af AoE, kvantificerer vi, hvor meget forudsigelserne fra en observatør og en superobservatør skulle være uenige for at reproducere kvanteforudsigelserne for et sådant eksperiment. Faktisk, som vi beviser, for at reproducere de mulige korrelationer, der tillades af kvantemekanikken, skal denne afvigelse være maksimal, svarende til det tilfælde, hvor måleresultaterne af Alice og Charlie eller Bob og Debbie er fuldstændig ukorrelerede. Med andre ord tillader kvanteteori maksimalt ikke-absolutte begivenheder.
► BibTeX-data
► Referencer
[1] EP Wigner, The problem of measurement, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https:///doi.org/10.1119/1.1969254
[2] M. Schlosshauer, Dekohærens, måleproblemet og kvantemekanikkens fortolkninger, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.76.1267
[3] MF Pusey, En inkonsekvent ven, Nature Physics 14, 977-978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7
[4] EP Wigner, Remarks on the mind-body question, i Philosophical reflections and syntheses (Springer, 1995) s. 247-260.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[5] H. Everett, "Relative state" formulering af kvantemekanik, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https:///doi.org/10.1515/9781400868056-003
[6] D. Bohm og J. Bub, En foreslået løsning af måleproblemet i kvantemekanik ved hjælp af en skjult variabelteori, Reviews of Modern Physics 38, 453 (1966).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.38.453
[7] S. Hossenfelder og T. Palmer, Rethinking superdeterminism, Frontiers in Physics 8, 139 (2020).
https:///doi.org/10.3389/fphy.2020.00139
[8] G. Hooft, The free-will postulat in quantum mechanics, arXiv preprint quant-ph/0701097 (2007).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
arXiv:quant-ph/0701097
[9] H. Price, Legetøjsmodeller for retrokausalitet, Studies in History and Philosophy of Science Del B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics 39, 752 (2008).
https:///doi.org/10.1016/j.shpsb.2008.05.006
[10] HP Stapp, The copenhagen interpretation, American journal of physics 40, 1098 (1972).
https:///doi.org/10.1119/1.1986768
[11] C. Rovelli, Relationel kvantemekanik, International Journal of Theoretical Physics 35, 1637 (1996).
https:///doi.org/10.1007/BF02302261
[12] CM Caves, CA Fuchs og R. Schack, Kvantesandsynligheder som bayesianske sandsynligheder, Fysisk gennemgang A 65, 022305 (2002).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.65.022305
[13] A. Bassi og G. Ghirardi, Dynamiske reduktionsmodeller, Physics Reports 379, 257 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(03)00103-0
[14] GC Ghirardi, A. Rimini og T. Weber, Unified dynamics for microscopic and macroscopic systems, Physical review D 34, 470 (1986).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.34.470
[15] R. Penrose, Om tyngdekraftens rolle i kvantetilstandsreduktion, General relativity and gravitation 28, 581 (1996).
https:///doi.org/10.1007/BF02105068
[16] C. Brukner, On the quantum measurement problem (2015), arXiv:1507.05255 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
arXiv: 1507.05255
[17] Č. Brukner, En no-go-sætning for observatør-uafhængige fakta, Entropy 20, 350 (2018).
https:///doi.org/10.3390/e20050350
[18] EG Cavalcanti og HM Wiseman, Implikationer af lokal venlighedskrænkelse for kvanteårsagssammenhæng, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https:///doi.org/10.3390/e23080925
[19] D. Frauchiger og R. Renner, kvanteteori kan ikke konsekvent beskrive brugen af sig selv, Nature communications 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[20] PA Guérin, V. Baumann, F. Del Santo og Č. Brukner, Et no-go-teorem for den vedvarende virkelighed af Wigners venners opfattelse, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[21] R. Healey, Kvanteteori og objektivitetens grænser, Fundamenter af fysik 48, 1568 (2018).
https://doi.org/10.1007/s10701-018-0216-6
[22] M. Proietti, A. Pickston, F. Graffitti, P. Barrow, D. Kundys, C. Branciard, M. Ringbauer og A. Fedrizzi, Eksperimentel test af lokal observatøruafhængighed, Science advances 5, eaaw9832 (2019).
https:///doi.org/10.1126/sciadv.aaw9832
[23] M. Żukowski og M. Markiewicz, Fysik og metafysik af Wigners venner: Selv udførte formålinger har ingen resultater, Physical Review Letters 126, 130402 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.130402
[24] EG Cavalcanti, Udsigten fra en Wigner-boble, Foundations of Physics 51, 1 (2021).
https://doi.org/10.1007/s10701-021-00417-0
[25] K.-W. Bong, A. Utreras-Alarcón, F. Ghafari, Y.-C. Liang, N. Tischler, EG Cavalcanti, GJ Pryde og HM Wiseman, En stærk no-go-sætning om Wigners venneparadokset, Nature Physics 16, 1199 (2020).
https:///doi.org/10.1038/s41567-020-0990-x
[26] Z.-P. Xu, J. Steinberg, HC Nguyen og O. Gühne, No-go-sætning baseret på ufuldstændig information fra Wigner om hans ven (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010
[27] Nuriya Nurgalieva og Lídia del Rio, Inadequacy of Modal Logic in Quantum Settings (2018), arXiv:1804.01106 [quant-ph].
https:///doi.org/10.4204/EPTCS.287.16
arXiv: 1804.01106
[28] Veronika Baumann, Flavio Del Santo, Alexander RH Smith, Flaminia Giacomini, Esteban Castro-Ruiz og Caslav Brukner, Generaliserede sandsynlighedsregler ud fra en tidløs formulering af Wigners vennescenarier, Quantum 5, 594 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-08-16-524
[29] JS Bell, On the einstein podolsky rosen paradox, Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https:///doi.org/10.1103/PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[30] AC Elitzur, S. Popescu og D. Rohrlich, Quantum nonlocality for hvert par i et ensemble, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] SL Braunstein og CM Caves, Wringing out better bell uligheder, Annals of Physics 202, 22 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90339-P
A. Fine, skjulte variabler, fælles sandsynlighed og klokkeuligheder, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.48.291
[33] MJ Hall, Lokal deterministisk model for singlet-tilstandskorrelationer baseret på afslappende måleuafhængighed, Physical review letters 105, 250404 (2010a).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.250404
[34] R. Chaves, R. Kueng, JB Brask og D. Gross, Forenende ramme for lempelser af årsagsantagelserne i Bell's teorem, Phys. Rev. Lett. 114, 140403 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.140403
[35] MJ Hall og C. Branciard, Målingsafhængige omkostninger for klokke-ikke-lokalitet: Kausale versus retrokausale modeller, Physical Review A 102, 052228 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.102.052228
[36] R. Chaves, G. Moreno, E. Polino, D. Poderini, I. Agresti, A. Suprano, MR Barros, G. Carvacho, E. Wolfe, A. Canabarro, RW Spekkens og F. Sciarrino, Causal networks og valgfrihed i klokkens sætning, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040323
[37] S. Popescu og D. Rohrlich, Quantum nonlocality as an axiom, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https:///doi.org/10.1007/BF02058098
[38] M. Fitzi, E. Hänggi, V. Scarani og S. Wolf, The non-locality of n noisy popescu–rohrlich boxes, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 43, 465305 (2010).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/43/46/465305
[39] N. D. Mermin, Ekstrem kvantesammenfiltring i en superposition af makroskopisk adskilte tilstande, Fysisk. Rev. Lett. 65, 1838 (1990).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.65.1838
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani og S. Wehner, Bell nonlocality, Reviews of Modern Physics 86, 419-478 (2014).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.86.419
[41] MJW Hall, komplementære bidrag fra indeterminisme og signalering til kvantekorrelationer, Phys. Rev. A 82, 062117 (2010b).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.82.062117
[42] S. Wehner, Tsirelson grænser for generaliserede clauser-horne-shimony-holt uligheder, Phys. Rev. A 73, 022110 (2006).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.73.022110
[43] A. Einstein, B. Podolsky og N. Rosen, Kan kvantemekanisk beskrivelse af den fysiske virkelighed betragtes som fuldstændig?, Physical review 47, 777 (1935).
https:///doi.org/10.1103/PhysRev.47.777
[44] JI De Vicente, Om ikke-lokalitet som ressourceteori og ikke-lokalitetsmål, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 424017 (2014).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/42/424017
[45] SGA Brito, B. Amaral og R. Chaves, Kvantificering af klokke-ikke-lokalitet med sporafstanden, Phys. Rev. A 97, 022111 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.97.022111
[46] E. Wolfe, D. Schmid, AB Sainz, R. Kunjwal og RW Spekkens, Quantifying bell: The ressource theory of nonclassicality of common-cause boxes, Quantum 4, 280 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-06-08-280
[47] JB Brask og R. Chaves, Bell-scenarier med kommunikation, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 50, 094001 (2017).
https:///doi.org/10.1088/1751-8121/aa5840
[48] I. Šupić, R. Augusiak, A. Salavrakos og A. Acín, Selvtestprotokoller baseret på de kædede Bell-uligheder, New Journal of Physics 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013
Citeret af
[1] Thaís M. Acácio og Cristhiano Duarte, "Analysis of Neural Network Predictions for Entanglement Self-Catalysis", arXiv: 2112.14565.
Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2022-08-26 10:13:55). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.
On Crossrefs citeret af tjeneste ingen data om at citere værker blev fundet (sidste forsøg 2022-08-26 10:13:53).
Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.
