1Instituto Internacional de Física, Universidad Federal de Rio Grande do Norte, 59078-970, Natal, Brasil
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brasil
3Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Leeds, Leeds LS2 9JT, Reino Unido
4Facultad de Ciencia y Tecnología, Universidad Federal de Rio Grande do Norte, Natal, Brasil
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Resumen
El famoso problema de la medición cuántica pone de manifiesto la dificultad de conciliar dos postulados cuánticos: la evolución unitaria de los sistemas cuánticos cerrados y el colapso de la función de onda después de una medición. Esta problemática se destaca particularmente en el experimento mental del amigo de Wigner, donde el desajuste entre la evolución unitaria y el colapso de la medición conduce a descripciones cuánticas contradictorias para diferentes observadores. Un reciente teorema de no-go ha establecido que las estadísticas (cuánticas) que surgen de un escenario extendido del amigo de Wigner son incompatibles cuando se intenta mantener juntas tres suposiciones inocuas, a saber, el no superdeterminismo, la independencia de los parámetros y el carácter absoluto de los eventos observados. Sobre la base de este escenario ampliado, introducimos dos medidas novedosas de no absolutidad de los eventos. El primero se basa en la descomposición de EPR2 y el segundo implica la relajación de la hipótesis de absolutidad asumida en el teorema de no ir antes mencionado. Para demostrar que las correlaciones cuánticas pueden ser máximamente no absolutas según ambos cuantificadores, mostramos que las desigualdades encadenadas de Bell (y sus relajaciones) también son restricciones válidas para el experimento de Wigner.
Resumen popular
Para ilustrar el problema, el físico húngaro-estadounidense Eugene Wigner propuso en 1961 un experimento imaginario, ahora llamado experimento del amigo de Wigner. Charlie, un observador aislado en su laboratorio, realiza una medición en un sistema cuántico en una superposición de dos estados. Obtiene aleatoriamente uno de dos posibles resultados de medición. Alice, por el contrario, actúa como superobservadora y describe a su amigo Charlie, el laboratorio y el sistema que se está midiendo como un gran sistema cuántico compuesto. Entonces, desde la perspectiva de Alice, su amigo Charlie existe en una superposición coherente, entrelazada con el resultado de su medición. Es decir, desde el punto de vista de Alice, el estado cuántico no asocia un valor bien definido con el resultado de la medición de Charlie. Así, estas dos descripciones, la de Alice o la de su amigo Charlie, conducen a resultados diferentes, que en principio podrían compararse experimentalmente. Puede parecer un poco extraño, pero aquí radica el problema: la mecánica cuántica no nos dice dónde trazar la línea entre los mundos clásico y cuántico. En principio, la ecuación de Schrödinger se aplica tanto a átomos y electrones como a objetos macroscópicos como gatos y amigos humanos. Nada en la teoría nos dice qué debe analizarse mediante evoluciones unitarias o el formalismo de los operadores de medición.
Si ahora imaginamos dos superobservadores, descritos por Alice y Bob, cada uno midiendo su propio laboratorio que contiene a sus respectivos amigos, Charlie y Debbie y los sistemas que miden, las estadísticas obtenidas por Alice y Bob deberían ser clásicas, es decir, no deberían ser capaz de violar cualquier desigualdad de Bell. Después de todo, según el postulado de la medición, toda falta de clasicidad del sistema debería haberse extinguido cuando Charlie y Debbie realizaron sus mediciones. Matemáticamente, podemos describir esta situación mediante un conjunto de hipótesis. La primera hipótesis es el carácter absoluto de los eventos (AoE). Como en un experimento de Bell, a lo que tenemos acceso experimental es a la distribución de probabilidad p(a,b|x,y), los resultados de las mediciones de Alice y Bob, dado que midieron un determinado observable. Pero si las mediciones realizadas por los observadores son realmente eventos absolutos, entonces esta probabilidad observable debería provenir de una probabilidad conjunta en la que los resultados de las mediciones de Charlie y Debbie también puedan definirse. Cuando se combina con los supuestos de independencia de medición y no señalización, AoE conduce a restricciones comprobables experimentalmente, desigualdades de Bell que son violadas por las correlaciones cuánticas, demostrando así la incompatibilidad de la teoría cuántica con la conjunción de tales supuestos.
En este artículo, mostramos que podemos relajar el supuesto de AoE y aún obtener violaciones cuánticas de las desigualdades de Bell correspondientes. Al considerar dos formas diferentes y complementarias de cuantificar la relajación del AoE, cuantificamos en qué medida deberían diferir las predicciones de un observador y un superobservador para reproducir las predicciones cuánticas para tal experimento. De hecho, como demostramos, para reproducir las posibles correlaciones permitidas por la mecánica cuántica, esta desviación tiene que ser máxima, correspondiente al caso en el que los resultados de las mediciones de Alice y Charlie o Bob y Debbie no están correlacionados en absoluto. En otros términos, la teoría cuántica permite eventos máximamente no absolutos.
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► referencias
[ 1 ] E. P. Wigner, El problema de la medición, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1969254
[ 2 ] M. Schlosshauer, Decoherencia, el problema de la medición y las interpretaciones de la mecánica cuántica, Reseñas de física moderna 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267
[ 3 ] M. F. Pusey, Un amigo inconsistente, Nature Physics 14, 977–978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7
[ 4 ] E. P. Wigner, Comentarios sobre la cuestión mente-cuerpo, en Reflexiones y síntesis filosóficas (Springer, 1995) págs.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[ 5 ] H. Everett, Formulación del “estado relativo” de la mecánica cuántica, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056-003
[ 6 ] D. Bohm y J. Bub, Una solución propuesta del problema de medición en mecánica cuántica mediante una teoría de variables ocultas, Reviews of Modern Physics 38, 453 (1966).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.38.453
[ 7 ] S. Hossenfelder y T. Palmer, Repensar el superdeterminismo, Frontiers in Physics 8, 139 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2020.00139
[ 8 ] G. Hooft, El postulado del libre albedrío en la mecánica cuántica, preimpresión de arXiv quant-ph/0701097 (2007).
https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
arXiv: quant-ph / 0701097
[ 9 ] H. Price, Modelos de juguetes para la retrocausalidad, Estudios de Historia y Filosofía de la Ciencia Parte B: Estudios de Historia y Filosofía de la Física Moderna 39, 752 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.shpsb.2008.05.006
[ 10 ] HP Stapp, La interpretación de Copenhague, American Journal of Physical 40, 1098 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1986768
[ 11 ] C. Rovelli, Mecánica cuántica relacional, Revista Internacional de Física Teórica 35, 1637 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02302261
[ 12 ] C. M. Caves, C. A. Fuchs y R. Schack, Probabilidades cuánticas como probabilidades bayesianas, Physical review A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305
[ 13 ] A. Bassi y G. Ghirardi, Modelos de reducción dinámica, Physics Reports 379, 257 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(03)00103-0
[ 14 ] G. C. Ghirardi, A. Rimini y T. Weber, Dinámica unificada para sistemas microscópicos y macroscópicos, Physical review D 34, 470 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.470
[ 15 ] R. Penrose, Sobre el papel de la gravedad en la reducción del estado cuántico, Relatividad general y gravitación 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068
[ 16 ] C. Brukner, Sobre el problema de la medición cuántica (2015), arXiv:1507.05255 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
arXiv: 1507.05255
[ 17 ] C. Brukner, Un teorema de no ir para hechos independientes del observador, Entropy 20, 350 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20050350
[ 18 ] E. G. Cavalcanti y H. M. Wiseman, Implicaciones de la violación de la amistad local para la causalidad cuántica, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925
[ 19 ] D. Frauchiger y R. Renner, La teoría cuántica no puede describir consistentemente el uso de sí misma, Nature Communications 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[ 20 ] P. A. Guérin, V. Baumann, F. Del Santo y Č. Brukner, Un teorema prohibido para la realidad persistente de la percepción de los amigos de Wigner, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[ 21 ] R. Healey, La teoría cuántica y los límites de la objetividad, 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 y A. Fedrizzi, Prueba experimental de independencia del observador local, Science Advances 5, eaaw9832 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw9832
[ 23 ] M. Żukowski y M. Markiewicz, Física y metafísica de los amigos de Wigner: Incluso las mediciones previas realizadas no dan resultados, Physical Review Letters 126, 130402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.130402
[ 24 ] E. G. Cavalcanti, La vista desde una burbuja de Wigner, Fundamentos de la Física 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, E. G. Cavalcanti, G. J. Pryde y H. M. Wiseman, Un fuerte teorema de no ir sobre la paradoja del amigo de Wigner, Nature Physics 16, 1199 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0990-x
[ 26 ] Z.-P. Xu, J. Steinberg, H. C. Nguyen y O. Gühne, Teorema de No-go basado en información incompleta de Wigner sobre su amigo (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010
[ 27 ] Nuriya Nurgalieva y Lídia del Rio, Inadecuación de la lógica modal en entornos cuánticos (2018), arXiv:1804.01106 [quant-ph].
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.287.16
arXiv: 1804.01106
[ 28 ] Veronika Baumann, Flavio Del Santo, Alexander R. H. Smith, Flaminia Giacomini, Esteban Castro-Ruiz y Caslav Brukner, Reglas de probabilidad generalizadas a partir de una formulación atemporal de los escenarios del amigo de Wigner, Quantum 5, 594 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-08-16-524
[ 29 ] J. S. Bell, Sobre la paradoja de Einstein Podolsky Rosen, Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[ 30 ] AC Elitzur, S. Popescu y D. Rohrlich, No localidad cuántica para cada par en un conjunto, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[ 31 ] S. L. Braunstein y C. M. Caves, Exprimiendo mejores desigualdades de campana, Annals of Physics 202, 22 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90339-P
A. Bien, variables ocultas, probabilidad conjunta y desigualdades de campana, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.48.291
[ 33 ] M. J. Hall, Modelo determinista local de correlaciones de estado singlete basado en una independencia de medición relajante, Cartas de revisión física 105, 250404 (2010a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250404
[ 34 ] R. Chaves, R. Kueng, J. B. Brask y D. Gross, Marco unificador para la relajación de los supuestos causales en el teorema de Bell, Phys. Rev. Lett. 114, 140403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
[ 35 ] M. J. Hall y C. Branciard, Costo de dependencia de la medición para la no localidad de campana: modelos causales versus retrocausales, 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, M. R. Barros, G. Carvacho, E. Wolfe, A. Canabarro, R. W. Spekkens y F. Sciarrino, Redes causales y libertad de elección en el teorema de bell, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040323
[ 37 ] S. Popescu y D. Rohrlich, Quantum nonlocality as axiom, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[ 38 ] M. Fitzi, E. Hänggi, V. Scarani y S. Wolf, La no localidad de n ruidosas cajas popescu-rohrlich, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 43, 465305 (2010).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/43/46/465305
[ 39 ] ND Mermin, Entrelazamiento cuántico extremo en una superposición de estados macroscópicamente distintos, Phys. Rev. Lett. 65, 1838 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838
[ 40 ] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani y S. Wehner, no localidad de Bell, Reviews of Modern Physics 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[ 41 ] M. J. W. Hall, Contribuciones complementarias del indeterminismo y la señalización a las correlaciones cuánticas, Phys. Rev. A 82, 062117 (2010b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.062117
[ 42 ] S. Wehner, Límites de Tsirelson para desigualdades generalizadas de cláusular-horne-shimony-holt, Phys. Rev. A 73, 022110 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022110
[ 43 ] A. Einstein, B. Podolsky y N. Rosen, ¿Se puede considerar completa la descripción mecánico-cuántica de la realidad física?, Physical review 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777
[ 44 ] J. I. De Vicente, Sobre la no localidad como teoría de recursos y medidas de no localidad, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 424017 (2014).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/42/424017
[ 45 ] S. G. A. Brito, B. Amaral y R. Chaves, Cuantificación de la no localidad de campana con la distancia de traza, Phys. Rev. A 97, 022111 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022111
[ 46 ] E. Wolfe, D. Schmid, A. B. Sainz, R. Kunjwal y R. W. Spekkens, Campana cuantificadora: la teoría de recursos de la no clasicidad de las cajas de causa común, Quantum 4, 280 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-06-08-280
[ 47 ] J. B. Brask y R. Chaves, Escenarios de Bell con comunicación, Revista de Física A: Matemática y Teórica 50, 094001 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aa5840
[ 48 ] I. Šupić, R. Augusiak, A. Salavrakos y A. Acín, Protocolos de autoevaluación basados en las desigualdades encadenadas de Bell, New Journal of Physics 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013
Citado por
[1] Thaís M. Acácio y Cristhiano Duarte, “Análisis de predicciones de redes neuronales para la autocatálisis de entrelazamiento”, arXiv: 2112.14565.
Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2022-08-26 10:13:55). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.
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