1Διεθνές Ινστιτούτο Φυσικής, Ομοσπονδιακό Πανεπιστήμιο του Ρίο Γκράντε ντο Νόρτε, 59078-970, Νατάλ, Βραζιλία
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Βραζιλία
3School of Physics and Astronomy, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, Ηνωμένο Βασίλειο
4Σχολή Επιστήμης και Τεχνολογίας, Ομοσπονδιακό Πανεπιστήμιο του Ρίο Γκράντε ντο Νόρτε, Νατάλ, Βραζιλία
Βρείτε αυτό το άρθρο ενδιαφέρουσα ή θέλετε να συζητήσετε; Scite ή αφήστε ένα σχόλιο για το SciRate.
Περίληψη
Το περιβόητο πρόβλημα της κβαντικής μέτρησης αναδεικνύει τη δυσκολία να συμφιλιωθούν δύο κβαντικά αξιώματα: η ενιαία εξέλιξη των κλειστών κβαντικών συστημάτων και η κατάρρευση της κυματικής συνάρτησης μετά από μια μέτρηση. Αυτή η προβληματική τονίζεται ιδιαίτερα στο πείραμα σκέψης του φίλου του Wigner, όπου η αναντιστοιχία μεταξύ της ενιαίας εξέλιξης και της κατάρρευσης μέτρησης οδηγεί σε αντικρουόμενες κβαντικές περιγραφές για διαφορετικούς παρατηρητές. Ένα πρόσφατο θεώρημα «no-go» έχει αποδείξει ότι οι (κβαντικές) στατιστικές που προκύπτουν από ένα εκτεταμένο σενάριο φίλου του Wigner είναι ασυμβίβαστες όταν κάποιος προσπαθεί να συγκρατήσει τρεις αβλαβείς υποθέσεις, δηλαδή τον μη υπερντετερμινισμό, την ανεξαρτησία παραμέτρων και την απολυτότητα των παρατηρούμενων γεγονότων. Με βάση αυτό το εκτεταμένο σενάριο, εισάγουμε δύο νέα μέτρα μη απολυτότητας των γεγονότων. Το πρώτο βασίζεται στην αποσύνθεση του EPR2 και το δεύτερο περιλαμβάνει τη χαλάρωση της υπόθεσης της απολυτότητας που υποτίθεται στο προαναφερθέν θεώρημα της απαγόρευσης κυκλοφορίας. Για να αποδείξουμε ότι οι κβαντικές συσχετίσεις μπορούν να είναι κατά μέγιστο μη απόλυτοι σύμφωνα με τους δύο ποσοτικοποιητές, δείχνουμε ότι οι αλυσιδωτές ανισότητες Bell (και οι χαλαρώσεις τους) είναι επίσης έγκυροι περιορισμοί για το πείραμα του Wigner.
Δημοφιλή περίληψη
Για να απεικονίσει το πρόβλημα, ο Ουγγροαμερικανός φυσικός Eugene Wigner πρότεινε το 1961 ένα φανταστικό πείραμα, που τώρα ονομάζεται πείραμα φίλου του Wigner. Ο Τσάρλι, ένας απομονωμένος παρατηρητής στο εργαστήριό του, εκτελεί μια μέτρηση σε ένα κβαντικό σύστημα σε μια υπέρθεση δύο καταστάσεων. Λαμβάνει τυχαία ένα από τα δύο πιθανά αποτελέσματα μέτρησης. Αντίθετα, η Αλίκη λειτουργεί ως υπερπαρατηρητής και περιγράφει τον φίλο της Τσάρλι, το εργαστήριο και το σύστημα που μετράται ως ένα μεγάλο σύνθετο κβαντικό σύστημα. Έτσι, από την οπτική της Αλίκης, ο φίλος της Τσάρλι υπάρχει σε μια συνεκτική υπέρθεση, μπλεγμένη με το αποτέλεσμα της μέτρησής του. Δηλαδή, από την άποψη της Αλίκης, η κβαντική κατάσταση δεν συσχετίζει μια καλά καθορισμένη τιμή με το αποτέλεσμα της μέτρησης του Τσάρλι. Έτσι, αυτές οι δύο περιγραφές, αυτή της Αλίκης ή του φίλου της Τσάρλι, οδηγούν σε διαφορετικά αποτελέσματα, τα οποία κατ' αρχήν θα μπορούσαν να συγκριθούν πειραματικά. Μπορεί να φαίνεται λίγο περίεργο, αλλά εδώ βρίσκεται το πρόβλημα: η κβαντομηχανική δεν μας λέει πού να χαράξουμε τη γραμμή μεταξύ του κλασικού και του κβαντικού κόσμου. Κατ' αρχήν, η εξίσωση Schrödinger ισχύει για άτομα και ηλεκτρόνια καθώς και για μακροσκοπικά αντικείμενα όπως οι γάτες και οι φίλοι του ανθρώπου. Τίποτα στη θεωρία δεν μας λέει τι πρόκειται να αναλυθεί μέσω των ενιαίων εξελίξεων ή του φορμαλισμού των τελεστών μέτρησης.
Αν τώρα φανταστούμε δύο υπερπαρατηρητές, που περιγράφονται από την Alice και τον Bob, ο καθένας από αυτούς να μετράει το δικό του εργαστήριο που περιέχει τους αντίστοιχους φίλους τους, Charlie και Debbie και τα συστήματα που μετρούν, τα στατιστικά στοιχεία που λαμβάνονται από την Alice και τον Bob θα πρέπει να είναι κλασικά, δηλαδή δεν πρέπει να είναι σε θέση να παραβιάσει οποιαδήποτε ανισότητα Bell. Εξάλλου, σύμφωνα με το αξίωμα της μέτρησης, κάθε μη κλασικότητα του συστήματος θα έπρεπε να είχε σβήσει όταν ο Τσάρλι και η Ντέμπι έκαναν τις μετρήσεις τους. Μαθηματικά, μπορούμε να περιγράψουμε αυτή την κατάσταση με ένα σύνολο υποθέσεων. Η πρώτη υπόθεση είναι η απολυτότητα των γεγονότων (AoE). Όπως σε ένα πείραμα Bell, αυτό στο οποίο έχουμε πειραματική πρόσβαση είναι η κατανομή πιθανότητας p(a,b|x,y), τα αποτελέσματα μέτρησης της Alice και του Bob, δεδομένου ότι μέτρησαν ένα ορισμένο παρατηρήσιμο. Αλλά αν οι μετρήσεις που γίνονται από τους παρατηρητές είναι πραγματικά απόλυτα γεγονότα, τότε αυτή η παρατηρήσιμη πιθανότητα θα πρέπει να προέρχεται από μια κοινή πιθανότητα στην οποία μπορούν επίσης να οριστούν τα αποτελέσματα των μετρήσεων του Charlie και της Debbie. Όταν συνδυάζεται με τις υποθέσεις της ανεξαρτησίας μέτρησης και της μη σηματοδότησης, το AoE οδηγεί σε πειραματικά ελεγχόμενους περιορισμούς, ανισότητες Bell που παραβιάζονται από κβαντικές συσχετίσεις, αποδεικνύοντας έτσι την ασυμβατότητα της κβαντικής θεωρίας με το συνδυασμό τέτοιων υποθέσεων.
Σε αυτό το άρθρο, δείχνουμε ότι μπορούμε να χαλαρώσουμε την υπόθεση AoE και να λάβουμε κβαντικές παραβιάσεις των αντίστοιχων ανισοτήτων Bell. Εξετάζοντας δύο διαφορετικούς και συμπληρωματικούς τρόπους ποσοτικοποίησης της χαλάρωσης του AoE, ποσοτικοποιούμε πόσο θα πρέπει να διαφωνούν οι προβλέψεις ενός παρατηρητή και ενός υπερπαρατηρητή προκειμένου να αναπαραχθούν οι κβαντικές προβλέψεις για ένα τέτοιο πείραμα. Στην πραγματικότητα, όπως αποδεικνύουμε, για να αναπαραχθούν οι πιθανοί συσχετισμοί που επιτρέπονται από την κβαντομηχανική, αυτή η απόκλιση πρέπει να είναι μέγιστη, που αντιστοιχεί στην περίπτωση όπου τα αποτελέσματα των μετρήσεων της Alice και του Charlie ή του Bob και της Debbie είναι εντελώς ασύνδετα. Με άλλους όρους, η κβαντική θεωρία επιτρέπει τα μέγιστα μη απόλυτα γεγονότα.
► Δεδομένα BibTeX
► Αναφορές
[1] EP Wigner, Το πρόβλημα της μέτρησης, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1969254
[2] M. Schlosshauer, Decoherence, το πρόβλημα μέτρησης και ερμηνείες της κβαντικής μηχανικής, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267
[3] MF Pusey, Ένας ασυνεπής φίλος, Nature Physics 14, 977–978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7
[4] EP Wigner, Remarks on the mind-body question, στο Philosophical reflections and syntheses (Springer, 1995) σελ. 247–260.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[5] H. Everett, Διατύπωση «σχετικής κατάστασης» της κβαντικής μηχανικής, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056-003
[6] D. Bohm και J. Bub, Μια προτεινόμενη λύση του προβλήματος μέτρησης στην κβαντική μηχανική από μια κρυφή θεωρία μεταβλητών, Reviews of Modern Physics 38, 453 (1966).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.38.453
[7] S. Hossenfelder and T. Palmer, Rethinking superdeterminism, Frontiers in Physics 8, 139 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2020.00139
[8] G. Hooft, The free-will postulate 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, Toy models for retrocausality, Studies in History and Philosophy of Science Part 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, Relational quantum mechanics, International Journal of Theoretical Physics 35, 1637 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02302261
[12] CM Caves, CA Fuchs, and R. Schack, Quantum probabilities as bayesian probabilities, Physical review A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305
[13] A. Bassi and G. Ghirardi, Dynamical reducer models, Physics Reports 379, 257 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(03)00103-0
[14] GC Ghirardi, A. Rimini, and 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, Σχετικά με το ρόλο της βαρύτητας στη μείωση της κβαντικής κατάστασης, Γενική σχετικότητα και βαρύτητα 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068
[16] C. Brukner, Στο πρόβλημα της κβαντικής μέτρησης (2015), arXiv:1507.05255 [quant-ph].
https://doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
arXiv: 1507.05255
[17] ΝΤΟ. Brukner, A no-go θεώρημα για γεγονότα ανεξάρτητα από τον παρατηρητή, Entropy 20, 350 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20050350
[18] EG Cavalcanti και HM Wiseman, Συνέπειες της παραβίασης της τοπικής φιλικότητας για την κβαντική αιτιότητα, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925
[19] D. Frauchiger και R. Renner, Η κβαντική θεωρία δεν μπορεί να περιγράψει με συνέπεια τη χρήση του εαυτού της, Nature communications 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[20] PA Guérin, V. Baumann, F. Del Santo και Č. Brukner, Ένα θεώρημα απαγόρευσης για την επίμονη πραγματικότητα της αντίληψης των φίλων του Wigner, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[21] R. Healey, Quantum theory and the limits of objectivity, Foundations of Physics 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 και A. Fedrizzi, Πειραματική δοκιμή ανεξαρτησίας τοπικού παρατηρητή, Science advances 5, eaaw9832 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw9832
[23] M. Żukowski και M. Markiewicz, Φυσική και μεταφυσική των φίλων του Wigner: Ακόμη και οι εκτελούμενες προμετρήσεις δεν έχουν αποτελέσματα, Physical Review Letters 126, 130402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.130402
[24] EG Cavalcanti, The view from a Wigner bubble, 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 και HM Wiseman, Ένα ισχυρό θεώρημα απαγόρευσης της κυκλοφορίας στο παράδοξο του φίλου του Wigner, Nature Physics 16, 1199 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0990-x
[26] Ζ.-Π. Xu, J. Steinberg, HC Nguyen και O. Gühne, Θεώρημα No-go που βασίζεται σε ελλιπείς πληροφορίες του Wigner για τον φίλο του (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https://doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010
[27] Nuriya Nurgalieva και 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 και Caslav Brukner, Γενικευμένοι κανόνες πιθανότητας από μια διαχρονική διατύπωση σεναρίων φίλου του Wigner, 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 και D. Rohrlich, Quantum nonlocality για κάθε ζευγάρι σε ένα σύνολο, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] SL Braunstein και CM Caves, Wringing out better bell inequalities, Annals of Physics 202, 22 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90339-P
A. Fine, Hidden variables, joint probability, and the bell inequalities, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.48.291
[33] MJ Hall, Τοπικό ντετερμινιστικό μοντέλο συσχετισμών κατάστασης μονήρης με βάση τη χαλαρωτική ανεξαρτησία μέτρησης, Physical review letters 105, 250404 (2010a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250404
[34] R. Chaves, R. Kueng, JB Brask και D. Gross, Ενοποιητικό πλαίσιο για χαλαρώσεις των αιτιακών υποθέσεων στο θεώρημα του Bell, Phys. Αναθ. Lett. 114, 140403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
[35] MJ Hall και C. Branciard, Κόστος εξάρτησης μέτρησης για μη τοπικότητα κουδουνιού: Μοντέλα αιτιατού έναντι αναδρομικής αιτίας, Φυσική ανασκόπηση 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 και F. Sciarrino, Causal networks και ελευθερία επιλογής στο θεώρημα του Bell, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040323
[37] S. Popescu και 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 και 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] ND Mermin, Ακραία κβαντική εμπλοκή σε υπέρθεση μακροσκοπικά διακριτών καταστάσεων, Φυσ. Αναθ. Lett. 65, 1838 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani, and S. Wehner, Bell nonlocality, Reviews of Modern Physics 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] MJW Hall, Συμπληρωματικές συνεισφορές του ιντερμινισμού και της σηματοδότησης στους κβαντικούς συσχετισμούς, Φυσ. Αναθ. Α 82, 062117 (2010β).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.062117
[42] S. Wehner, Tsirelson όρια για γενικευμένες ανισότητες clauser-horne-shimony-holt, Phys. Αναθ. Α 73, 022110 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022110
[43] A. Einstein, B. Podolsky και N. Rosen, Μπορεί η κβαντομηχανική περιγραφή της φυσικής πραγματικότητας να θεωρηθεί πλήρης;, Physical review 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777
[44] JI De Vicente, On nonlocality as a resource theory and nonlocality μέτρα, 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 και R. Chaves, Quantifying bell nonlocality with the trace distance, Phys. Απ. Α 97, 022111 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022111
[46] E. Wolfe, D. Schmid, AB Sainz, R. Kunjwal και RW Spekkens, Quantifying bell: The resource theory of nonclassicality of common-cause boxes, Quantum 4, 280 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-06-08-280
[47] JB Brask και R. Chaves, Bell scenarios with communication, 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 and A. Acín, Self-testing protocols based on the chained Bell inequalities, New Journal of Physics 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013
Αναφέρεται από
[1] Thaís M. Acácio και Cristhiano Duarte, «Analysis of Neural Network Predictions for Entanglement Self-Catalysis». arXiv: 2112.14565.
Οι παραπάνω αναφορές είναι από SAO / NASA ADS (τελευταία ενημέρωση επιτυχώς 2022-08-26 10:13:55). Η λίστα μπορεί να είναι ελλιπής, καθώς δεν παρέχουν όλοι οι εκδότες τα κατάλληλα και πλήρη στοιχεία αναφοράς.
On Η υπηρεσία παραπομπής του Crossref δεν βρέθηκαν δεδομένα σχετικά με την αναφορά έργων (τελευταία προσπάθεια 2022-08-26 10:13:53).
Αυτό το Βιβλίο δημοσιεύεται στο Quantum στο πλαίσιο του Creative Commons Attribution 4.0 Διεθνής (CC BY 4.0) άδεια. Τα πνευματικά δικαιώματα παραμένουν στους κατόχους των πρωτότυπων δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας όπως οι δημιουργοί ή τα ιδρύματά τους
