1Nemzetközi Fizikai Intézet, Rio Grande do Norte Szövetségi Egyetem, 59078-970, Natal, Brazília
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brazília
3Fizikai és Csillagászati Iskola, Leedsi Egyetem, Leeds LS2 9JT, Egyesült Királyság
4Tudományos és Technológiai Iskola, Rio Grande do Norte Szövetségi Egyetem, Natal, Brazília
Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.
Absztrakt
A hírhedt kvantummérési probléma rávilágít a két kvantumposztulátum összeegyeztetésének nehézségére: a zárt kvantumrendszerek egységes evolúciójára és a mérés utáni hullámfüggvény összeomlására. Ez a problematika különösen hangsúlyos Wigner barát gondolatkísérletében, ahol az egységes evolúció és a mérési összeomlás közötti eltérés a különböző megfigyelők számára ellentmondó kvantumleírásokhoz vezet. Egy újabb no-go tétel megállapította, hogy a kiterjesztett Wigner-barát forgatókönyvből származó (kvantum)statisztika összeegyeztethetetlen, ha három ártalmatlan feltevést próbálunk összetartani, nevezetesen a no-szuperdeterminizmust, a paraméterfüggetlenséget és a megfigyelt események abszolútságát. Erre a kiterjesztett forgatókönyvre építve bemutatjuk az események nem-abszolútságának két újszerű mértékét. Az első az EPR2 dekompozíción alapul, a második pedig a fent említett no-go tételben feltételezett abszolútitási hipotézis lazítását foglalja magában. Annak bizonyítására, hogy a kvantumkorrelációk maximálisan nem abszolútak lehetnek mindkét kvantor szerint, megmutatjuk, hogy a láncolt Bell-egyenlőtlenségek (és azok relaxációi) szintén érvényes korlátok Wigner kísérletében.
Népszerű összefoglaló
A probléma illusztrálására Eugene Wigner magyar származású amerikai fizikus 1961-ben egy képzeletbeli kísérletet javasolt, amelyet ma Wigner barátkísérletének neveznek. Charlie, egy elszigetelt megfigyelő a laboratóriumában, mérést végez egy kvantumrendszeren, két állapot szuperpozíciójában. Véletlenszerűen megkapja a két lehetséges mérési eredmény egyikét. Ezzel szemben Alice szupermegfigyelőként működik, és barátját, Charlie-t, a laboratóriumot és a mérés alatt álló rendszert egy nagy összetett kvantumrendszerként írja le. Tehát Alice szemszögéből a barátja, Charlie egy koherens szuperpozícióban létezik, belegabalyodva a mérési eredménybe. Vagyis Alice szemszögéből a kvantumállapot nem társít egy jól definiált értéket Charlie mérésének eredményéhez. Így ez a két leírás, Alice vagy barátja, Charlie leírása eltérő eredményekhez vezet, amelyeket elvileg kísérletileg össze lehetne hasonlítani. Kicsit furcsának tűnhet, de itt van a probléma: a kvantummechanika nem mondja meg, hol húzzuk meg a határvonalat a klasszikus és a kvantumvilág között. A Schrödinger-egyenlet elvileg atomokra és elektronokra, valamint makroszkopikus objektumokra, például macskákra és emberi barátokra vonatkozik. Az elméletben semmi sem mondja meg, hogy mit kell elemezni az egységes evolúciókon vagy a mérési operátorok formalizmusán keresztül.
Ha most elképzelünk két szupermegfigyelőt, akiket Alice és Bob ír le, és mindegyikük saját laboratóriumát méri, amelyben a barátaik, Charlie és Debbie, valamint az általuk mért rendszerek találhatók, akkor az Alice és Bob által kapott statisztikáknak klasszikusnak kell lenniük, vagyis nem képes legyen megsérteni bármely Bell-egyenlőtlenséget. Végtére is, a mérési posztulátum szerint a rendszer minden nem klasszikusságát ki kellett volna oltani, amikor Charlie és Debbie elvégezte a méréseket. Matematikailag ezt a helyzetet hipotézisek halmazával írhatjuk le. Az első hipotézis az események abszolútsága (AoE). Mint egy Bell-kísérletben, kísérleti hozzáférésünk van a p(a,b|x,y) valószínűségi eloszláshoz, Alice és Bob mérési eredményeihez, tekintettel arra, hogy egy bizonyos megfigyelhetőt mértek. De ha a megfigyelők által végzett mérések valóban abszolút események, akkor ennek a megfigyelhető valószínűségnek egy közös valószínűségből kell származnia, amelyben Charlie és Debbie mérési eredményei is meghatározhatók. A mérési függetlenség és a jelzésmentesség feltételezésével kombinálva az AoE kísérletileg tesztelhető korlátokhoz, Bell-egyenlőtlenségekhez vezet, amelyeket a kvantumkorrelációk megsértenek, így bizonyítva a kvantumelmélet összeegyeztethetetlenségét az ilyen feltételezések összefüggésével.
Ebben a cikkben megmutatjuk, hogy enyhíthetjük az AoE-feltevést, és továbbra is megkaphatjuk a megfelelő Bell-egyenlőtlenségek kvantum-sértéseit. Az AoE relaxációjának számszerűsítésére szolgáló két különböző és egymást kiegészítő módszer figyelembevételével számszerűsítjük, hogy a megfigyelő és a szupermegfigyelő előrejelzései mennyire nem értenek egyet ahhoz, hogy egy ilyen kísérlet kvantum-előrejelzéseit reprodukálhassuk. Valójában, mint bizonyítjuk, a kvantummechanika által megengedett lehetséges összefüggések reprodukálásához ennek az eltérésnek maximálisnak kell lennie, ami megfelel annak az esetnek, amikor Alice és Charlie vagy Bob és Debbie mérési eredményei teljesen korrelálatlanok. Más szavakkal, a kvantumelmélet maximálisan nem abszolút eseményeket tesz lehetővé.
► BibTeX adatok
► Referenciák
[1] EP Wigner: A mérés problémája, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https:///doi.org/10.1119/1.1969254
[2] M. Schlosshauer, Dekoherencia, mérési probléma és kvantummechanika értelmezései, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.76.1267
[3] MF Pusey, Egy következetlen barát, Nature Physics 14, 977–978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7
[4] EP Wigner, Megjegyzések az elme-test kérdéshez, Filozófiai reflexiók és szintézisek (Springer, 1995) 247–260. o.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[5] H. Everett, A kvantummechanika „relatív állapotú” megfogalmazása, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https:///doi.org/10.1515/9781400868056-003
[6] D. Bohm és J. Bub, A kvantummechanika mérési problémájának javasolt megoldása rejtett változó elmélettel, Reviews of Modern Physics 38, 453 (1966).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.38.453
[7] S. Hossenfelder és T. Palmer, Rethinking superdeterminism, Frontiers in Physics 8, 139 (2020).
https:///doi.org/10.3389/fphy.2020.00139
[8] G. Hooft, A szabad akaratú posztulátum a kvantummechanikában, arXiv preprint quant-ph/0701097 (2007).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
arXiv:quant-ph/0701097
[9] H. Price, Toy model for retrocausality, Studies in History and Philosophy of Science of B. rész: 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 és R. Schack, Quantum probabilities as bayesian probabilities, Physical review A 65, 022305 (2002).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.65.022305
[13] A. Bassi és 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 és 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: A gravitáció szerepéről a kvantumállapot-csökkentésben, Általános relativitáselmélet és gravitáció 28, 581 (1996).
https:///doi.org/10.1007/BF02105068
[16] C. Brukner, A kvantummérési problémáról (2015), arXiv:1507.05255 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
arXiv: 1507.05255
[17] Č. Brukner, Egy no-go tétel megfigyelőtől független tényekre, Entropy 20, 350 (2018).
https:///doi.org/10.3390/e20050350
[18] EG Cavalcanti és HM Wiseman, A helyi barátság megsértésének következményei a kvantum-okságra, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https:///doi.org/10.3390/e23080925
[19] D. Frauchiger és R. Renner: A kvantumelmélet nem tudja következetesen leírni önmaga használatát, Nature communications 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[20] PA Guérin, V. Baumann, F. Del Santo és Č. Brukner, A no-go tétel Wigner baráti felfogásának állandó valóságához, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[21] R. Healey, Kvantumelmélet és az objektivitás határai, 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 és A. Fedrizzi: A helyi megfigyelő függetlenségének kísérleti tesztje, Science advances 5, eaaw9832 (2019).
https:///doi.org/10.1126/sciadv.aaw9832
[23] M. Żukowski és M. Markiewicz, Wigner barátainak fizika és metafizikája: Még az elvégzett előméréseknek sincs eredménye, Physical Review Letters 126, 130402 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.130402
[24] EG Cavalcanti, A kilátás egy Wigner-buborékból, A fizika alapjai 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 és HM Wiseman: Egy erős no-go tétel a Wigner barát paradoxonról, Nature Physics 16, 1199 (2020).
https:///doi.org/10.1038/s41567-020-0990-x
[26] Z.-P. Xu, J. Steinberg, HC Nguyen és O. Gühne, No-go tétel Wigner barátjáról szóló hiányos információi alapján (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010
[27] Nuriya Nurgalieva és Lídia del Rio, A modális logika elégtelensége kvantumbeállításokban (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 és Caslav Brukner: Általánosított valószínűségi szabályok Wigner baráti forgatókönyveinek időtlen megfogalmazásából, Quantum 5, 594 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-08-16-524
[29] JS Bell, Az Einstein Podolsky Rosen paradoxonról, Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https:///doi.org/10.1103/PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[30] AC Elitzur, S. Popescu és D. Rohrlich, Quantum nonlocality for every pair in an ensemble, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] SL Braunstein és CM Caves, Jobb harang egyenlőtlenségek kicsavarása, Annals of Physics 202, 22 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90339-P
A. Finom, rejtett változók, közös valószínűség és a harang egyenlőtlenségek, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.48.291
[33] MJ Hall, Szingulett állapotkorrelációk lokális determinisztikus modellje lazító mérési függetlenség alapján, Physical review letters 105, 250404 (2010a).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.250404
[34] R. Chaves, R. Kueng, JB Brask és D. Gross: Unifying framework for relaxations of the ok-okozati feltételezések Bell-tételében, Phys. Rev. Lett. 114, 140403 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.140403
[35] MJ Hall és C. Branciard, Mérésfüggő költség a harang nem lokalitásánál: Oksági versus retrokauzális modellek, 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 és F. Sciarrino, Causal networks and a választás szabadsága a Bell-tételben, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040323
[37] S. Popescu és D. Rohrlich, Quantum nonlocality as an axioma, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https:///doi.org/10.1007/BF02058098
[38] M. Fitzi, E. Hänggi, V. Scarani és S. Wolf, The non-locality of n noisy Popescu–Rohrlich box, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 43, 465305 (2010).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/43/46/465305
[39] ND Mermin, Extrém kvantumösszefonódás makroszkopikusan elkülönülő állapotok szuperpozíciójában, Phys. Rev. Lett. 65, 1838 (1990).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.65.1838
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani és S. Wehner, Bell nonlocality, Reviews of Modern Physics 86, 419–478 (2014).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.86.419
[41] MJW Hall, Az indeterminizmus és a jelátvitel komplementer hozzájárulása a kvantumkorrelációkhoz, Phys. Rev. A 82, 062117 (2010b).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.82.062117
[42] S. Wehner, Tsirelson korlátok általánosított klauzer-horne-shimony-holt egyenlőtlenségekre, Phys. Rev. A 73, 022110 (2006).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.73.022110
[43] A. Einstein, B. Podolsky és N. Rosen: A fizikai valóság kvantummechanikai leírása tekinthető teljesnek?, Physical review 47, 777 (1935).
https:///doi.org/10.1103/PhysRev.47.777
[44] JI De Vicente, A nem lokalitásról mint erőforrás-elméletről és a nem lokalitás méréseiről, 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 és 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 és 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 és R. Chaves, Bell-forgatókönyvek kommunikációval, 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 és A. Acín, Self-testing protocols based on the chained Bell egyenlőtlenségek, New Journal of Physics 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013
Idézi
[1] Thaís M. Acácio és Cristhiano Duarte, „Analysis of Neural Network Predictions for Entanglement Self-Catalysis”, arXiv: 2112.14565.
A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2022-08-26 10:13:55). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.
On Crossref által idézett szolgáltatás művekre hivatkozó adat nem található (utolsó próbálkozás 2022-08-26 10:13:53).
Ez a tanulmány a Quantumban jelent meg Creative Commons Nevezd meg 4.0 International (CC BY 4.0) engedély. A szerzői jog az eredeti szerzői jog tulajdonosainál marad, például a szerzőknél vagy intézményeiknél.
