1Rahvusvaheline Füüsika Instituut, Rio Grande do Norte föderaalne ülikool, 59078-970, Natal, Brasiilia
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brasiilia
3Füüsika ja astronoomia kool, Leedsi ülikool, Leeds LS2 9JT, Ühendkuningriik
4Rio Grande do Norte föderaalülikooli teadus- ja tehnoloogiakool, Natal, Brasiilia
Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.
Abstraktne
Kurikuulus kvantmõõtmise probleem toob välja raskused kahe kvantpostulaadi ühitamisel: suletud kvantsüsteemide ühtne areng ja lainefunktsiooni kokkuvarisemine pärast mõõtmist. See probleem on eriti esile tõstetud Wigneri sõbra mõtteeksperimendis, kus ühtse evolutsiooni ja mõõtmise kokkuvarisemise vaheline mittevastavus põhjustab erinevate vaatlejate jaoks vastuolulisi kvantkirjeldusi. Hiljutine no-go teoreem on kindlaks teinud, et laiendatud Wigneri sõbra stsenaariumist tulenev (kvant)statistika on kokkusobimatu, kui püütakse hoida koos kolme kahjutut eeldust, nimelt no-superdeterminism, parameetrite sõltumatus ja vaadeldavate sündmuste absoluutsus. Sellele laiendatud stsenaariumile tuginedes tutvustame kahte uudset sündmuste mitteabsoluutsuse mõõdet. Esimene põhineb EPR2 dekompositsioonil ja teine hõlmab ülalmainitud no-go teoreemis eeldatud absoluutsuse hüpoteesi leevendamist. Tõestamaks, et kvantkorrelatsioonid võivad mõlema kvantori järgi olla maksimaalselt mitteabsoluudsed, näitame, et aheldatud Belli ebavõrdsused (ja nende lõdvendused) on ka Wigneri katse jaoks kehtivad piirangud.
Populaarne kokkuvõte
Probleemi illustreerimiseks pakkus ungari päritolu ameerika füüsik Eugene Wigner 1961. aastal välja kujuteldava eksperimendi, mida nüüd nimetatakse Wigneri sõbraeksperimendiks. Charlie, isoleeritud vaatleja oma laboris, teostab mõõtmist kvantsüsteemis kahe oleku superpositsioonis. Ta saab juhuslikult ühe kahest võimalikust mõõtmistulemusest. Seevastu Alice tegutseb supervaatlejana ja kirjeldab oma sõpra Charliet, laboratooriumi ja süsteemi mõõdetakse suure komposiitkvantsüsteemina. Nii et Alice'i vaatenurgast on tema sõber Charlie koherentses superpositsioonis, mis on takerdunud tema mõõtmistulemusse. See tähendab, et Alice'i vaatenurgast ei seosta kvantseisund Charlie mõõtmise tulemusega täpselt määratletud väärtust. Seega viivad need kaks kirjeldust, Alice'i või tema sõbra Charlie kirjeldus, erinevate tulemusteni, mida põhimõtteliselt võiks eksperimentaalselt võrrelda. See võib tunduda veidi kummaline, kuid probleem peitub siin: kvantmehaanika ei ütle meile, kuhu tõmmata piir klassikalise ja kvantmaailma vahel. Põhimõtteliselt kehtib Schrödingeri võrrand nii aatomite ja elektronide kui ka makroskoopiliste objektide, näiteks kasside ja inimsõprade kohta. Miski teoorias ei ütle meile, mida tuleb analüüsida unitaarsete evolutsioonide või mõõteoperaatorite formalismi kaudu.
Kui nüüd kujutada ette kahte supervaatlejat, keda kirjeldavad Alice ja Bob, igaüks neist mõõdab oma laboratooriumi, kus on nende vastavad sõbrad Charlie ja Debbie ning süsteemid, mida nad mõõdavad, peaks Alice'i ja Bobi saadud statistika olema klassikaline, st ei tohiks suutma rikkuda mis tahes Belli ebavõrdsust. Lõppude lõpuks oleks mõõtmispostulaadi kohaselt pidanud Charlie ja Debbie mõõtmise ajal süsteemi mitteklassikalisus olema kustutud. Matemaatiliselt saame seda olukorda kirjeldada hüpoteeside kogumiga. Esimene hüpotees on sündmuste absoluutsus (AoE). Nagu Belli katses, on meil eksperimentaalne juurdepääs tõenäosusjaotusele p(a,b|x,y), Alice'i ja Bobi mõõtmistulemused, arvestades, et nad mõõtsid teatud vaadeldavat. Aga kui vaatlejate tehtud mõõtmised on tõesti absoluutsed sündmused, siis peaks see jälgitav tõenäosus tulenema ühisest tõenäosusest, milles saab määratleda ka Charlie ja Debbie mõõtmistulemused. Mõõtmise sõltumatuse ja signaali puudumise eeldustega kombineerituna toob AoE kaasa eksperimentaalselt testitavad piirangud, Belli ebavõrdsused, mida kvantkorrelatsioonid rikuvad, tõestades seega kvantteooria kokkusobimatust selliste eelduste seosega.
Selles artiklis näitame, et saame leevendada AoE eeldust ja siiski saada vastavate Belli ebavõrdsuste kvantrikkumisi. Arvestades kahte erinevat ja üksteist täiendavat viisi AoE lõdvestumise kvantifitseerimiseks, kvantifitseerime, kui palju peaksid vaatleja ja supervaatleja ennustused erinema, et reprodutseerida sellise katse kvantprognoosid. Tegelikult, nagu me tõestame, peab kvantmehaanika poolt lubatud võimalike korrelatsioonide reprodutseerimiseks see kõrvalekalle olema maksimaalne, mis vastab juhule, kui Alice ja Charlie või Bob ja Debbie mõõtmistulemused on täiesti korrelatsioonita. Teisisõnu võimaldab kvantteooria maksimaalselt mitteabsoluutseid sündmusi.
► BibTeX-i andmed
► Viited
[1] EP Wigner, Mõõtmise probleem, American Journal of Physics, 31, 6 (1963).
https:///doi.org/10.1119/1.1969254
[2] M. Schlosshauer, Dekoherents, mõõtmisprobleem ja kvantmehaanika tõlgendused, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.76.1267
[3] MF Pusey, Ebajärjekindel sõber, Nature Physics 14, 977–978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7
[4] EP Wigner, Märkused vaimu-keha küsimuse kohta raamatus Filosoofilised mõtisklused ja sünteesid (Springer, 1995), lk 247–260.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[5] H. Everett, Kvantmehaanika suhteline olek, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https:///doi.org/10.1515/9781400868056-003
[6] D. Bohm ja J. Bub, Kvantmehaanika mõõtmisprobleemi väljapakutud lahendus varjatud muutujate teooria abil, Reviews of Modern Physics 38, 453 (1966).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.38.453
[7] S. Hossenfelder ja T. Palmer, Rethinking superdeterminism, Frontiers in Physics 8, 139 (2020).
https:///doi.org/10.3389/fphy.2020.00139
[8] G. Hooft, Vaba tahte postulaat kvantmehaanikas, arXiv preprint quant-ph/0701097 (2007).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
arXiv:quant-ph/0701097
[9] H. Price, Mänguasjamudelid retrokausaalsuse jaoks, Teadusajaloo ja teadusfilosoofia uurimused B osa: Kaasaegse füüsika ajaloo ja filosoofia uuringud 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, Relatsiooniline kvantmehaanika, International Journal of Theoretical Physics 35, 1637 (1996).
https:///doi.org/10.1007/BF02302261
[12] CM Caves, CA Fuchs ja R. Schack, Quantum probabilities as Bayesian probabilities, Physical review A 65, 022305 (2002).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.65.022305
[13] A. Bassi ja G. Ghirardi, Dynamical Reduction Models, Physics Reports 379, 257 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(03)00103-0
[14] GC Ghirardi, A. Rimini ja 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, Gravitatsiooni rollist kvantseisundi redutseerimisel, Üldrelatiivsusteooria ja gravitatsioon, 28, 581 (1996).
https:///doi.org/10.1007/BF02105068
[16] C. Brukner, Kvantmõõtmise probleemist (2015), arXiv:1507.05255 [kvant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
arXiv: 1507.05255
[17] Č. Brukner, No-go teoreem vaatlejast sõltumatute faktide jaoks, Entropy 20, 350 (2018).
https:///doi.org/10.3390/e20050350
[18] EG Cavalcanti ja HM Wiseman, Kohaliku sõbralikkuse rikkumise mõju kvantpõhjuslikkusele, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https:///doi.org/10.3390/e23080925
[19] D. Frauchiger ja R. Renner, Kvantideooria ei saa järjekindlalt kirjeldada enda kasutamist, Nature communications 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[20] PA Guérin, V. Baumann, F. Del Santo ja Č. Brukner, No-go teoreem Wigneri sõprade taju püsiva reaalsuse kohta, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[21] R. Healey, Kvantteooria ja objektiivsuse piirid, 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 ja A. Fedrizzi, Kohaliku vaatleja sõltumatuse eksperimentaalne test, Science advances 5, eaaw9832 (2019).
https:///doi.org/10.1126/sciadv.aaw9832
[23] M. Żukowski ja M. Markiewicz, Wigneri sõprade füüsika ja metafüüsika: isegi sooritatud eelmõõtmistel pole tulemusi, Physical Review Letters 126, 130402 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.130402
[24] EG Cavalcanti, Vaade Wigneri mullist, Füüsika alused 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 ja HM Wiseman, Wigneri sõbra paradoksi tugev keelu teoreem, Nature Physics 16, 1199 (2020).
https:///doi.org/10.1038/s41567-020-0990-x
[26] Z.-P. Xu, J. Steinberg, HC Nguyen ja O. Gühne, No-go teoreem, mis põhineb Wigneri mittetäielikul teabel tema sõbra kohta (2021), arXiv:2111.15010 [kvant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010
[27] Nuriya Nurgalieva ja Lídia del Rio, Modaalloogika ebapiisav kvantseadetes (2018), arXiv:1804.01106 [kvant-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 ja Caslav Brukner, Üldised tõenäosusreeglid Wigneri sõbra stsenaariumide ajatust sõnastusest, Quantum 5, 594 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-08-16-524
[29] JS Bell, Einstein Podolski roosi paradoksist, Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https:///doi.org/10.1103/PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[30] AC Elitzur, S. Popescu ja D. Rohrlich, Quantum nonlocality iga paari kohta ansamblis, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] SL Braunstein ja CM Caves, Paremate kellade ebavõrdsuse väljaväänamine, Annals of Physics 202, 22 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90339-P
A. Peened, peidetud muutujad, ühine tõenäosus ja kellukese ebavõrdsused, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.48.291
[33] MJ Hall, Singleti oleku korrelatsioonide lokaalne deterministlik mudel, mis põhineb lõdvestaval mõõtmise sõltumatusel, Physical review letters 105, 250404 (2010a).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.250404
[34] R. Chaves, R. Kueng, JB Brask ja D. Gross, Ühendav raamistik põhjuslike eelduste leevendamiseks Belli teoreemis, Phys. Rev. Lett. 114, 140403 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.140403
[35] MJ Hall ja C. Branciard, Kella mittelokaalsuse mõõtmisest sõltuv kulu: põhjuslikud versus retrokausaalsed mudelid, 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 ja F. Sciarrino, põhjuslikud võrgustikud ja valikuvabadus kella teoreemis, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040323
[37] S. Popescu ja D. Rohrlich, Quantum nonlocality as axioom, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https:///doi.org/10.1007/BF02058098
[38] M. Fitzi, E. Hänggi, V. Scarani ja 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, Ekstreemne kvantpõimumine makroskoopiliselt eristuvate olekute superpositsioonis, Phys. Rev. Lett. 65, 1838 (1990).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.65.1838
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani ja S. Wehner, Bell nonlocality, Reviews of Modern Physics 86, 419–478 (2014).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.86.419
[41] MJW Hall, Indeterminismi ja signaalimise täiendavad panused kvantkorrelatsioonidesse, Phys. Rev. A 82, 062117 (2010b).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.82.062117
[42] S. Wehner, Tsirelsoni piirid üldistatud klausli-horne-shimony-holti ebavõrdsuste jaoks, Phys. Rev. A 73, 022110 (2006).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.73.022110
[43] A. Einstein, B. Podolsky ja N. Rosen, Kas füüsilise reaalsuse kvantmehhaanilist kirjeldust saab pidada täielikuks?, Physical Review 47, 777 (1935).
https:///doi.org/10.1103/PhysRev.47.777
[44] JI De Vicente, Mittelokaalsusest kui ressursiteooriast ja mittelokaalsuse meetmetest, 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 ja R. Chaves, kella mittelokaalsuse kvantifitseerimine jälgimiskaugusega, Phys. Rev. A 97, 022111 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.97.022111
[46] E. Wolfe, D. Schmid, AB Sainz, R. Kunjwal ja 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 ja R. Chaves, Belli stsenaariumid suhtlusega, 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 ja 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
Viidatud
[1] Thaís M. Acácio ja Cristhiano Duarte, “Analysis of Neural Network Predictions for Entanglement Self-Catalysis”, arXiv: 2112.14565.
Ülaltoodud tsitaadid on pärit SAO/NASA KUULUTUSED (viimati edukalt värskendatud 2022-08-26 10:13:55). Loend võib olla puudulik, kuna mitte kõik väljaandjad ei esita sobivaid ja täielikke viiteandmeid.
On Crossrefi viidatud teenus teoste viitamise andmeid ei leitud (viimane katse 2022-08-26 10:13:53).
See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.
