אירועים במכניקת הקוונטים הם מקסימום לא מוחלטים

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

ג'ורג' מורנו^1,2, ראניירי נרי¹, כריסטיאנו דוארטה^1,3, ורפאל צ'אבס^1,4

¹המכון הבינלאומי לפיזיקה, האוניברסיטה הפדרלית של ריו גרנדה דו נורטה, 59078-970, נאטאל, ברזיל
²Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, רסיפה, פרנמבוקו, ברזיל
³בית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה, אוניברסיטת לידס, לידס LS2 9JT, בריטניה
⁴בית הספר למדעים וטכנולוגיה, האוניברסיטה הפדרלית של ריו גרנדה דו נורטה, נאטאל, ברזיל

מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.

תַקצִיר

בעיית המדידה הקוונטית הידועה לשמצה מביאה את הקושי ליישב שתי הנחות קוונטיות: האבולוציה האחידה של מערכות קוונטיות סגורות וקריסת פונקציית הגל לאחר מדידה. הבעייתיות הזו מודגשת במיוחד בניסוי המחשבה של חבר ויגנר, שבו חוסר ההתאמה בין אבולוציה יחידה לקריסת מדידה מוביל לתיאורים קוונטיים סותרים עבור צופים שונים. משפט אי-יציאה עדכני קבע שהסטטיסטיקה (הקוונטית) הנובעת מתרחיש חבר מורחב של ויגנר אינה תואמת כאשר מנסים להחזיק יחד שלוש הנחות לא מזיקות, כלומר אי-דטרמיניזם-על, עצמאות פרמטרים ומוחלטות של אירועים נצפים. בהתבסס על תרחיש מורחב זה, אנו מציגים שני מדדים חדשים לאי-מוחלטות של אירועים. הראשון מבוסס על פירוק ה-EPR2, והשני כולל הרפיה של השערת המוחלטות המונחת במשפט ה-No-go שהוזכר לעיל. כדי להוכיח שמתאמים קוונטיים יכולים להיות בצורה מקסימלית לא מוחלטת על פי שני המכמים, אנו מראים שאי-השוויון המשורשר של בל (וההקלות שלהם) הם גם אילוצים תקפים לניסוי של ויגנר.

סיכום פופולרי

בעיית המדידה נובעת מחוסר ההתאמה בין שניים מהנחות הקוונטיות. מצד אחד, יש לנו את משוואת שרדינגר, שאומרת לנו שהתפתחות פונקציית הגל נשלטת על ידי טרנספורמציה יחידה חלקה והפיכה. בצד השני, יש לנו את הנחת המדידה, שאומרת לנו מהי ההסתברות לתוצאה מסוימת בעת ביצוע מדידה, מה שמרמז על קריסת פונקציית הגל, טרנספורמציה לא-יחידה, פתאומית ובלתי הפיכה.
כדי להמחיש את הבעיה, הפיזיקאי ההונגרי-אמריקאי יוג'ין ויגנר הציע ב-1961 ניסוי דמיוני, שנקרא כיום ניסוי חברו של ויגנר. צ'רלי, צופה מבודד במעבדתו, מבצע מדידה על מערכת קוונטית בסופרפוזיציה של שני מצבים. הוא משיג באקראי אחת משתי תוצאות מדידה אפשריות. לעומת זאת, אליס פועלת כמשקיפה-על, ומתארת את חברתה צ'רלי, המעבדה והמערכת הנמדדת כמערכת קוונטית גדולה. אז, מנקודת המבט של אליס, ידידה צ'רלי קיים בסופרפוזיציה קוהרנטית, מסובכת עם תוצאת המדידה שלו. כלומר, מנקודת מבטה של אליס, המצב הקוונטי אינו משייך ערך מוגדר היטב לתוצאה של המדידה של צ'רלי. לפיכך, שני התיאורים הללו, זה של אליס או זה של חברתה צ'רלי, מובילים לתוצאות שונות, שבאופן עקרוני ניתן היה להשוות אותן בניסוי. זה אולי נראה קצת מוזר, אבל כאן טמונה הבעיה: מכניקת הקוונטים לא אומרת לנו היכן למתוח את הגבול בין העולם הקלאסי והקוונטי. באופן עקרוני, משוואת שרדינגר חלה על אטומים ואלקטרונים וכן על עצמים מקרוסקופיים כמו חתולים וחברים אנושיים. שום דבר בתיאוריה לא אומר לנו מה יש לנתח באמצעות אבולוציות יחידתיות או הפורמליזם של אופרטורי מדידה.
אם נדמיין כעת שני משקיפים-על, המתוארים על ידי אליס ובוב, כל אחד מהם מודד את המעבדה שלו המכילה את החברים שלהם, צ'רלי ודבי והמערכות שהם מודדים, הסטטיסטיקה שהתקבלה על ידי אליס ובוב צריכה להיות קלאסית, כלומר לא צריכה להיות קלאסית. להיות מסוגלים להפר כל אי שוויון בל. אחרי הכל, לפי הנחת המדידה, כל אי-קלאסיות של המערכת הייתה צריכה להיכבות כשצ'רלי ודבי ביצעו את המדידות שלהם. מבחינה מתמטית, אנו יכולים לתאר מצב זה על ידי קבוצה של השערות. ההשערה הראשונה היא המוחלטות של אירועים (AoE). כמו בניסוי בל, מה שיש לנו גישה ניסיונית אליו הוא התפלגות ההסתברות p(a,b|x,y), תוצאות המדידה של אליס ובוב, בהתחשב בכך שהם מדדו נתון מסוים שניתן לצפות בו. אבל אם מדידות שנעשו על ידי צופים הן באמת אירועים מוחלטים, אז ההסתברות הניתנת לצפייה צריכה להגיע מהסתברות משותפת שבה ניתן להגדיר גם את תוצאות המדידה של צ'רלי ודבי. בשילוב עם ההנחות של עצמאות מדידה ואי-אותות, AoE מוביל לאילוצים שניתנים לבדיקה ניסיוני, אי-שוויון בל המופרים על ידי מתאמים קוונטיים, ובכך מוכיח את חוסר ההתאמה של תורת הקוונטים עם השילוב של הנחות כאלה.
במאמר זה, אנו מראים שאנו יכולים להרגיע את הנחת ה-AoE ועדיין להשיג הפרות קוונטיות של אי-השוויון המקביל של בל. על ידי בחינת שני אופנים שונים ומשלימים לכימות הרפיה של AoE, אנו מכמתים עד כמה תחזיות של צופה ומתבונן-על צריכות לא להסכים כדי לשחזר את התחזיות הקוונטיות עבור ניסוי כזה. למעשה, כפי שאנו מוכיחים, כדי לשחזר את המתאמים האפשריים שמאפשרת מכניקת הקוונטים, סטייה זו צריכה להיות מקסימלית, בהתאמה למקרה שבו תוצאות המדידה של אליס וצ'רלי או של בוב ודבי אינן מתואמות לחלוטין. במונחים אחרים, תורת הקוונטים מאפשרת אירועים לא מוחלטים באופן מקסימלי.

► נתוני BibTeX

@article{Moreno2022eventsinquantum, doi = {10.22331/q-2022-08-24-785}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-08-24-785}, title = {אירועים במכניקת הקוונטים הם מקסימום לא מוחלטים}, מחבר = {מורנו, ג'ורג' ונרי, ראניירי ודוארטה, כריסטיאנו וצ'אבס, רפאל}, יומן = {{קוואנטום}}, issn = {2521-327X}, publisher = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, נפח = {6}, דפים = {785}, חודש = אוגוסט, שנה = {2022} }

► הפניות

[1] EP Wigner, The problem of measurement, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1969254

[2] M. Schlosshauer, דה-קוהרנטיות, בעיית המדידה ופרשנויות של מכניקת הקוונטים, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267

[3] MF Pusey, An inconsistent friend, Nature Physics 14, 977–978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7

[4] EP Wigner, Remarks on the mind-body question, in Philosophical reflections and syntheses (Springer, 1995) עמ' 247–260.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20

[5] H. Everett, ניסוח "מצב יחסי" של מכניקת הקוונטים, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056-003

[6] D. Bohm and J. Bub, הצעת פתרון לבעיית המדידה במכניקת הקוונטים על ידי תיאוריית משתנה מוסתר, 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 quantum, arXiv preprint quant-ph/0701097 (2007).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
arXiv: quant-ph / 0701097

[9] ח' פרייס, צעצוע מודלים לרטרו-סיבתיות, מחקרים בהיסטוריה ופילוסופיה של המדע חלק ב': מחקרים בהיסטוריה ופילוסופיה של הפיזיקה המודרנית 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, ו-R. Schack, הסתברויות קוונטיות כהסתברויות בייסיאניות, סקירה פיזיקלית A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305

[13] A. Bassi and 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, 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, על תפקיד הכבידה בהפחתת מצב קוונטי, General relativity and gravitation 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068

[16] C. Brukner, על בעיית המדידה הקוונטית (2015), arXiv:1507.05255 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
arXiv: 1507.05255

[17] Č. ברוקנר, משפט ללא הפסקה לעובדות עצמאיות של צופים, אנטרופי 20, 350 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20050350

[18] EG Cavalcanti ו-HM Wiseman, השלכות של הפרת ידידותיות מקומית על סיבתיות קוונטית, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925

[19] ד' פראוצ'יגר ור' רנר, תורת הקוונטים אינה יכולה לתאר באופן עקבי את השימוש בעצמה, Nature communications 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8

[20] PA Guérin, V. Baumann, F. Del Santo, and Č. ברוקנר, משפט ללא יציאה למציאות המתמשכת של תפיסת חבריו של ויגנר, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1

[21] R. Healey, תורת הקוונטים וגבולות האובייקטיביות, יסודות הפיזיקה 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, and A. Fedrizzi, Test Experimental of Local Observers Independence, Science advances 5, eaaw9832 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw9832

[23] M. Żukowski and M. Markiewicz, פיזיקה ומטאפיזיקה של חבריו של ויגנר: אפילו מדידות מוקדמות שבוצעו אין תוצאות, 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] ק.-וו. Bong, A. Utreras-Alarcón, F. Ghafari, Y.-C. Liang, N. Tischler, EG Cavalcanti, GJ Pryde, ו-HM Wiseman, משפט חזק על פרדוקס החברים של ויגנר, Nature Physics 16, 1199 (2020).
https: / doi.org/â € ‹10.1038 / s41567-020-0990-x

[26] ז.-פ. Xu, J. Steinberg, HC Nguyen, ו-O. Gühne, משפט No-go המבוסס על מידע לא שלם של Wigner על חברו (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010

[27] Nuriya Nurgalieva and 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] ורוניקה באומן, פלביו דל סנטו, אלכסנדר RH Smith, Flaminia Giacomini, Esteban Castro-Ruiz וקסלב ברוקנר, כללי הסתברות כלליים מניסוח נצחי של תרחישי חבר של וויגנר, 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, and D. Rohrlich, Nonlocality Quantum עבור כל זוג באנסמבל, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I

[31] SL Braunstein and CM Caves, Wringing out better inequalities bell, Annals of Physics 202, 22 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90339-P

[32] א. בסדר, משתנים מוסתרים, הסתברות משותפת ואי-השוויון בפעמון, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.48.291

[33] MJ Hall, מודל דטרמיניסטי מקומי של מתאמי מצב יחיד המבוסס על עצמאות מדידה מרגיעה, מכתבי סקירה פיזית 105, 250404 (2010a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250404

[34] R. Chaves, R. Kueng, JB Brask, and D. Gross, Unifying framework for relaxation of the causal theorem in theorem bell, Phys. הכומר לט. 114, 140403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403

[35] MJ Hall ו-C. Branciard, עלות מדידה-תלות עבור אי-לוקאליות פעמון: מודלים סיבתיים לעומת רטרו-סיבתיים, 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, and F. Sciarrino, Causal networks and חופש הבחירה במשפט הפעמון, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040323

[37] S. Popescu and D. Rohrlich, Nonlocality Quantum as an axiom, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098

[38] M. Fitzi, E. Hänggi, V. Scarani, and 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, הסתבכות קוונטית קיצונית בסופרפוזיציה של מצבים מובחנים מקרוסקופית, Phys. הכומר לט. 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, תרומות משלימות של אינדטרמיניזם ואיתות לקורלציות קוונטיות, פיזיק. ר' א 82, 062117 (2010ב).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.062117

[42] S. Wehner, Tsirelson bounds for generalized clause-horne-shimony-holt in-equalities, Phys. ר' א 73, 022110 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022110

[43] א' איינשטיין, ב' פודולסקי ונ' רוזן, האם תיאור קוונטי-מכני של המציאות הפיזית יכול להיחשב שלם?, סקירה פיזיקלית 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777

[44] JI De Vicente, על אי-לוקאליות כתיאוריית משאבים ומדידות אי-לוקאליות, 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, and R. Chaves, Quantifying bell nonlocality with the trace distance, Phys. ר' א 97, 022111 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022111

[46] E. Wolfe, D. Schmid, AB Sainz, R. Kunjwal ו-RW Spekkens, Quantifying bell: The Resource Theory of non-classicality of common-cause boxes, Quantum 4, 280 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-06-08-280

[47] JB Brask and R. Chaves, Bell scars 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 ו-A. Acín, פרוטוקולי בדיקה עצמית המבוססים על אי-השוויון המשורשר של בל, New Journal of Physics 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013

מצוטט על ידי

[1] תאי מ. אקאסיו וכריסטיאנו דוארטה, "ניתוח תחזיות רשתות עצביות לקטליזה עצמית של הסתבכות", arXiv: 2112.14565.

הציטוטים לעיל הם מ- מודעות SAO / NASA (עודכן לאחרונה בהצלחה 2022-08-26 10:13:55). הרשימה עשויה להיות שלמה מכיוון שלא כל בעלי האתרים מספקים נתוני ציטוט ראויים ומלאים.

On השירות המוזכר של קרוסרף לא נמצאו נתונים על ציטוט עבודות (ניסיון אחרון 2022-08-26 10:13:53)

מאמר זה מתפרסם בקוונטים תחת התקציב ייחוס Creative Commons 4.0 הבינלאומי (CC BY 4.0) רישיון. זכויות יוצרים נשארות עם בעלי זכויות היוצרים המקוריים כמו המחברים או מוסדותיהם.