1Kansainvälinen fysiikan instituutti, Rio Grande do Norten liittovaltion yliopisto, 59078-970, Natal, Brasilia
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brasilia
3Fysiikan ja tähtitieteen laitos, Leedsin yliopisto, Leeds LS2 9JT, Iso-Britannia
4Tiede- ja teknologiakoulu, Rio Grande do Norten liittovaltion yliopisto, Natal, Brasilia
Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.
Abstrakti
Pahamaineinen kvanttimittausongelma tuo esiin vaikeuden sovittaa yhteen kaksi kvanttipostulaattia: suljettujen kvanttijärjestelmien yhtenäinen evoluutio ja aaltofunktion romahdus mittauksen jälkeen. Tämä ongelma korostuu erityisesti Wignerin ystävä-ajattelukokeessa, jossa yhtenäisen evoluution ja mittausromahtamisen välinen epäsuhta johtaa ristiriitaisiin kvanttikuvauksiin eri tarkkailijoille. Äskettäinen no-go -lause on osoittanut, että laajennetusta Wignerin ystävä-skenaariosta johtuva (kvantti)tilasto on yhteensopimaton, kun yritetään pitää yhdessä kolme vaaratonta oletusta, nimittäin ei-superdeterminismi, parametrien riippumattomuus ja havaittujen tapahtumien absoluuttisuus. Tämän laajennetun skenaarion pohjalta esittelemme kaksi uutta mittaa tapahtumien ei-absoluuttisuudesta. Ensimmäinen perustuu EPR2-hajotukseen, ja toinen sisältää edellä mainitussa no-go-lauseessa oletetun absoluuttisuushypoteesin rentoutumisen. Osoitamme, että ketjutetut Bell-epäyhtälöt (ja niiden relaksaatiot) ovat myös päteviä rajoituksia Wignerin kokeessa osoittaaksemme, että kvanttikorrelaatiot voivat olla maksimaalisesti ei-absoluuttisia molempien kvantorien mukaan.
Suosittu yhteenveto
Ongelman havainnollistamiseksi unkarilais-amerikkalainen fyysikko Eugene Wigner ehdotti vuonna 1961 kuvitteellista koetta, jota nykyään kutsutaan Wignerin ystäväkokeeksi. Charlie, eristetty tarkkailija laboratoriossaan, suorittaa mittauksen kvanttijärjestelmässä kahden tilan superpositiossa. Hän saa sattumanvaraisesti toisen kahdesta mahdollisesta mittaustuloksesta. Sitä vastoin Alice toimii superobserverina ja kuvailee ystäväänsä Charliea, laboratoriota ja mitattavaa järjestelmää suurena yhdistelmäkvanttijärjestelmänä. Joten Lilicen näkökulmasta hänen ystävänsä Charlie on olemassa koherentissa superpositiossa, sotkeutuneena hänen mittauksensa tulokseen. Eli Alicen näkökulmasta kvanttitila ei liitä hyvin määriteltyä arvoa Charlien mittauksen tulokseen. Siten nämä kaksi kuvausta, Alice tai hänen ystävänsä Charlien kuvaus, johtavat erilaisiin tuloksiin, joita periaatteessa voitaisiin verrata kokeellisesti. Se saattaa tuntua hieman oudolta, mutta tässä piilee ongelma: kvanttimekaniikka ei kerro meille, mihin vedetään klassisen ja kvanttimaailman välinen raja. Periaatteessa Schrödingerin yhtälö pätee atomeihin ja elektroneihin sekä makroskooppisiin esineisiin, kuten kissoihin ja ihmisystäviin. Mikään teoriassa ei kerro meille, mitä on analysoitava unitaaristen evoluutioiden tai mittausoperaattoreiden formalismin kautta.
Jos nyt kuvittelemme kaksi supertarkkailijaa, joita Alice ja Bob kuvailevat, ja jokainen heistä mittaa omaa laboratorioaan, joka sisältää heidän ystävänsä Charlien ja Debbien sekä heidän mittaamat järjestelmänsä, Alicen ja Bobin saamien tilastojen pitäisi olla klassisia, toisin sanoen ei pitäisi voi rikkoa mitä tahansa Bellin epätasa-arvoa. Loppujen lopuksi mittauspostulaatin mukaan järjestelmän kaiken ei-klassismin olisi pitänyt sammua, kun Charlie ja Debbie suorittivat mittauksensa. Matemaattisesti voimme kuvata tätä tilannetta joukolla hypoteeseja. Ensimmäinen hypoteesi on tapahtumien absoluuttisuus (AoE). Kuten Bell-kokeessa, meillä on kokeellinen pääsy todennäköisyysjakaumaan p(a,b|x,y), Alicen ja Bobin mittaustulokset, koska he mittasivat tietyn havaittavan. Mutta jos tarkkailijoiden tekemät mittaukset ovat todellakin absoluuttisia tapahtumia, niin tämän havaittavan todennäköisyyden pitäisi tulla yhteisestä todennäköisyydestä, jossa myös Charlien ja Debbien mittaustulokset voidaan määritellä. Yhdistettynä oletuksiin mittausriippumattomuudesta ja ei-signalointia, AoE johtaa kokeellisesti testattaviin rajoituksiin, Bell-epäyhtälöihin, joita kvanttikorrelaatiot rikkovat, mikä todistaa kvanttiteorian yhteensopimattomuuden tällaisten oletusten yhdistelmän kanssa.
Tässä artikkelissa osoitamme, että voimme lieventää AoE-oletusta ja silti saada kvanttirikkomuksia vastaaviin Bell-epäyhtälöihin. Harkitsemalla kahta erilaista ja toisiaan täydentävää tapaa AoE:n rentoutumisen kvantifioimiseksi kvantifioimme, kuinka paljon tarkkailijan ja superobserverin ennusteiden tulisi olla eri mieltä, jotta kvanttiennusteet voidaan toistaa tällaiselle kokeelle. Itse asiassa, kuten todistamme, kvanttimekaniikan sallimien mahdollisten korrelaatioiden toistamiseksi tämän poikkeaman on oltava suurin, mikä vastaa tapausta, jossa Alicen ja Charlien tai Bobin ja Debbien mittaustulokset ovat täysin korreloimattomia. Toisin sanoen kvanttiteoria sallii maksimaalisesti ei-absoluuttiset tapahtumat.
► BibTeX-tiedot
► Viitteet
[1] EP Wigner, The problem of mittaus, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1119 / +1.1969254
[2] M. Schlosshauer, Dekoherenssi, mittausongelma ja kvanttimekaniikan tulkinnat, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267
[3] MF Pusey, Epäjohdonmukainen ystävä, Nature Physics 14, 977–978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7
[4] EP Wigner, Huomautuksia mielen ja kehon kysymyksestä, teoksessa Filosofiset pohdiskelut ja synteesit (Springer, 1995), s. 247–260.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[5] H. Everett, "Suhteellinen tila" kvanttimekaniikan formulaatio, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056-+003
[6] D. Bohm ja J. Bub, kvanttimekaniikan mittausongelman ratkaisuehdotus piilomuuttujien teorialla, 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, The Free-will postulate in quantum mechanics, arXiv preprint quant-ph/0701097 (2007).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
arXiv: kvant-ph / 0701097
[9] H. Price, Lelumallit retrokausaliteettiin, Studies in History and Philosophy of Science Osa 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, Kööpenhaminan tulkinta, 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 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, Dynaamical 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, Painovoiman roolista kvanttitilan vähentämisessä, Yleinen suhteellisuusteoria ja gravitaatio 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068
[16] C. Brukner, Kvanttimittausongelmasta (2015), arXiv:1507.05255 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
arXiv: 1507.05255
[17] C: ssa. Brukner, No-go-lause tarkkailijoista riippumattomille tosiasioille, Entropy 20, 350 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20050350
[18] EG Cavalcanti ja HM Wiseman, Paikallisen ystävällisyysrikkomuksen vaikutukset kvantti-syyllisyyteen, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925
[19] D. Frauchiger ja R. Renner, Kvanttiteoria ei voi johdonmukaisesti kuvata itsensä käyttöä, 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-lause Wignerin ystävien havainnon jatkuvasta todellisuudesta, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[21] R. Healey, Kvanttiteoria ja objektiivisuuden rajat, 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, Paikallisen tarkkailijan riippumattomuuden kokeellinen testi, Science Advances 5, eaaw9832 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw9832
[23] M. Żukowski ja M. Markiewicz, Wignerin ystävien fysiikka ja metafysiikka: Jopa suoritetuilla esimittauksilla ei ole tuloksia, Physical Review Letters 126, 130402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.130402
[24] EG Cavalcanti, Näkymä Wigner-kuplasta, Fysiikan perusteet 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, Vahva no-go-lause Wignerin ystäväparadoksista, 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 -lause perustuu Wignerin epätäydellisiin tietoihin hänen ystävästään (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010
[27] Nuriya Nurgalieva ja Lídia del Rio, Modaallogiikan riittämättömyys kvanttiasetuksissa (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 ja Caslav Brukner, Yleistetyt todennäköisyyssäännöt Wignerin ystäväskenaarioiden ajattomasta muotoilusta, 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 ja D. Rohrlich, Quantum nonlocality kullekin parille ensemblessä, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] SL Braunstein ja CM Caves, Parempien kellojen epätasa-arvojen vääntäminen, Annals of Physics 202, 22 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90339-P
A. Hienot, piilotetut muuttujat, yhteinen todennäköisyys ja kellon epäyhtälöt, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.48.291
[33] MJ Hall, Singlettitilakorrelaatioiden paikallinen deterministinen malli, joka perustuu relaksoivaan mittausriippumattomuuteen, Physical review letters 105, 250404 (2010a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250404
[34] R. Chaves, R. Kueng, JB Brask ja D. Gross, Unifying framework for relaxations of causal olettamukset Bellin lauseessa, Phys. Rev. Lett. 114, 140403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
[35] MJ Hall ja C. Branciard, Kellon epäpaikallisuuden mittausriippuvuuskustannukset: kausaaliset versus retrokausaaliset mallit, 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, Causal networks and valinnanvapaus kellon lauseessa, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040323
[37] S. Popescu ja 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 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, Äärimmäinen kvanttikettuminen makroskooppisesti erillisten tilojen superpositiossa, 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, Indeterminismin ja signaloinnin täydentävät panokset kvanttikorrelaatioihin, Phys. Rev. A 82, 062117 (2010b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.062117
[42] S. Wehner, Tsirelsonin rajat yleistetyille clauser-horne-shimony-holt-epäyhtälöille, Phys. Rev. A 73, 022110 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022110
[43] A. Einstein, B. Podolsky ja N. Rosen, Voiko fyysisen todellisuuden kvanttimekaanista kuvausta pitää täydellisenä?, Physical review 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777
[44] JI De Vicente, Epäpaikallisuudesta resurssiteoriana ja epäpaikallisuu- desta, 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, Quantifying bell nonlocality with the trace distance, 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, Bell-skenaariot viestinnällä, 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, Itsetestausprotokollat, jotka perustuvat ketjutettuihin Bell-epäyhtälöihin, New Journal of Physics 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013
Viitattu
[1] Thaís M. Acácio ja Cristhiano Duarte, "Analysis of Neural Network Predictions for Entanglement Self-Catalysis", arXiv: 2112.14565.
Yllä olevat sitaatit ovat peräisin SAO: n ja NASA: n mainokset (viimeksi päivitetty onnistuneesti 2022-08-26 10:13:55). Lista voi olla puutteellinen, koska kaikki julkaisijat eivät tarjoa sopivia ja täydellisiä viittaustietoja.
On Crossrefin siteerattu palvelu tietoja teosten viittaamisesta ei löytynyt (viimeinen yritys 2022-08-26 10:13:53).
Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.
