1International Institute of Physics, Federale Universiteit van Rio Grande do Norte, 59078-970, Natal, Brazilië
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brazilië
3School of Physics and Astronomy, Universiteit van Leeds, Leeds LS2 9JT, Verenigd Koninkrijk
4School of Science and Technology, Federale Universiteit van Rio Grande do Norte, Natal, Brazilië
Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.
Abstract
Het beruchte kwantummeetprobleem brengt de moeilijkheid aan het licht om twee kwantumpostulaten met elkaar te verzoenen: de unitaire evolutie van gesloten kwantumsystemen en het instorten van de golffunctie na een meting. Deze problematiek komt met name naar voren in het Wigner's vriend-gedachte-experiment, waar de discrepantie tussen unitaire evolutie en ineenstorting van metingen leidt tot tegenstrijdige kwantumbeschrijvingen voor verschillende waarnemers. Een recente no-go-stelling heeft vastgesteld dat de (kwantum)statistieken die voortkomen uit een uitgebreid Wigner's friend-scenario onverenigbaar zijn wanneer men probeert drie onschadelijke aannames bij elkaar te houden, namelijk geen superdeterminisme, parameteronafhankelijkheid en absoluutheid van waargenomen gebeurtenissen. Voortbouwend op dit uitgebreide scenario introduceren we twee nieuwe maatstaven voor niet-absoluutheid van gebeurtenissen. De eerste is gebaseerd op de EPR2-ontleding, en de tweede omvat de versoepeling van de absoluutheidshypothese die wordt aangenomen in de eerder genoemde no-go-stelling. Om te bewijzen dat kwantumcorrelaties maximaal niet-absoluut kunnen zijn volgens beide kwantoren, laten we zien dat geketende Bell-ongelijkheden (en relaxaties daarvan) ook geldige beperkingen zijn voor het experiment van Wigner.
Populaire samenvatting
Om het probleem te illustreren, stelde de Hongaars-Amerikaanse natuurkundige Eugene Wigner in 1961 een denkbeeldig experiment voor, nu Wigner's vriend-experiment genoemd. Charlie, een geïsoleerde waarnemer in zijn laboratorium, voert een meting uit aan een kwantumsysteem in een superpositie van twee toestanden. Hij verkrijgt willekeurig een van de twee mogelijke meetresultaten. Alice daarentegen treedt op als een superwaarnemer en beschrijft haar vriend Charlie, het laboratorium en het systeem dat wordt gemeten als een groot samengesteld kwantumsysteem. Dus, vanuit het perspectief van Alice, bestaat haar vriend Charlie in een samenhangende superpositie, verstrikt in het resultaat van zijn meting. Dat wil zeggen, vanuit het oogpunt van Alice associeert de kwantumtoestand geen goed gedefinieerde waarde met het resultaat van Charlie's meting. Deze twee beschrijvingen, die van Alice of die van haar vriend Charlie, leiden dus tot verschillende resultaten, die in principe experimenteel vergeleken kunnen worden. Het lijkt misschien een beetje vreemd, maar hier ligt het probleem: de kwantummechanica vertelt ons niet waar we de grens moeten trekken tussen de klassieke en de kwantumwereld. In principe is de Schrödingervergelijking van toepassing op atomen en elektronen, maar ook op macroscopische objecten zoals katten en menselijke vrienden. Niets in de theorie vertelt ons wat er moet worden geanalyseerd door unitaire evoluties of het formalisme van meetoperators.
Als we ons nu twee superwaarnemers voorstellen, beschreven door Alice en Bob, die elk hun eigen laboratorium meten met daarin hun respectievelijke vrienden Charlie en Debbie en de systemen die ze meten, dan zouden de statistieken verkregen door Alice en Bob klassiek moeten zijn, dat wil zeggen, zouden niet moeten zijn in staat zijn om elke Bell-ongelijkheid te schenden. Volgens het meetpostulaat had immers alle niet-klassiekheid van het systeem moeten worden gedoofd toen Charlie en Debbie hun metingen uitvoerden. Wiskundig kunnen we deze situatie beschrijven door middel van een reeks hypothesen. De eerste hypothese is de absoluutheid van gebeurtenissen (AoE). Net als in een Bell-experiment hebben we experimentele toegang tot de kansverdeling p(a,b|x,y), de meetresultaten van Alice en Bob, gegeven dat ze een bepaald waarneembaar object hebben gemeten. Maar als metingen door waarnemers echt absolute gebeurtenissen zijn, dan zou deze waarneembare waarschijnlijkheid moeten komen uit een gezamenlijke waarschijnlijkheid waarin ook de meetresultaten van Charlie en Debbie kunnen worden gedefinieerd. In combinatie met de aannames van meetonafhankelijkheid en geen-signalering, leidt AoE tot experimenteel testbare beperkingen, Bell-ongelijkheden die worden geschonden door kwantumcorrelaties, waarmee de onverenigbaarheid van de kwantumtheorie met de combinatie van dergelijke aannames wordt bewezen.
In dit artikel laten we zien dat we de AoE-aanname kunnen versoepelen en toch kwantumschendingen van de overeenkomstige Bell-ongelijkheden kunnen verkrijgen. Door twee verschillende en complementaire manieren te overwegen om de relaxatie van AoE te kwantificeren, kwantificeren we hoeveel de voorspellingen van een waarnemer en een superwaarnemer zouden moeten verschillen om de kwantumvoorspellingen voor een dergelijk experiment te reproduceren. Zoals we bewijzen, moet deze afwijking maximaal zijn om de mogelijke correlaties te reproduceren die door de kwantummechanica zijn toegestaan, wat overeenkomt met het geval waarin de meetresultaten van Alice en Charlie of Bob en Debbie volledig ongecorreleerd zijn. Met andere woorden, de kwantumtheorie staat maximaal niet-absolute gebeurtenissen toe.
► BibTeX-gegevens
► Referenties
[1] EP Wigner, Het probleem van meten, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1969254
[2] M. Schlosshauer, Decoherence, het meetprobleem en interpretaties van de kwantummechanica, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267
[3] MF Pusey, een inconsistente vriend, 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) pp. 247-260.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[5] H. Everett, "Relative state"-formulering van kwantummechanica, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056-003
[6] D. Bohm en J. Bub, Een voorgestelde oplossing van het meetprobleem in de kwantummechanica door een theorie van verborgen variabelen, Reviews of Modern Physics 38, 453 (1966).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.38.453
[7] S. Hossenfelder en T. Palmer, Rethinking superdeterminism, Frontiers in Physics 8, 139 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2020.00139
[8] G. Hooft, Het postulaat van de vrije wil in de kwantummechanica, arXiv preprint quant-ph/0701097 (2007).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
arXiv: quant-ph / 0701097
[9] H. Price, Speelgoedmodellen voor retrocausaliteit, Studies in geschiedenis en wetenschapsfilosofie Deel B: Studies in geschiedenis en filosofie van de moderne natuurkunde 39, 752 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.shpsb.2008.05.006
[10] HP Stapp, The Copenhagen Interpretation, Amerikaans tijdschrift voor natuurkunde 40, 1098 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1986768
[11] C. Rovelli, relationele kwantummechanica, International Journal of Theoretical Physics 35, 1637 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02302261
[12] CM Caves, CA Fuchs en R. Schack, kwantumkansen als bayesiaanse waarschijnlijkheden, fysieke beoordeling A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305
[13] A. Bassi en G. Ghirardi, dynamische reductiemodellen, Physics Reports 379, 257 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(03)00103-0
[14] GC Ghirardi, A. Rimini en 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, Over de rol van de zwaartekracht bij de reductie van kwantumtoestanden, Algemene relativiteitstheorie en zwaartekracht 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068
[16] C. Brukner, Over het kwantummeetprobleem (2015), arXiv:1507.05255 [quant-ph].
https://doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
arXiv: 1507.05255
[17] Č. Brukner, een no-go-stelling voor waarnemer-onafhankelijke feiten, Entropy 20, 350 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20050350
[18] EG Cavalcanti en HM Wiseman, Implicaties van schending van lokale vriendelijkheid voor kwantumcausaliteit, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925
[19] D. Frauchiger en R. Renner, Kwantumtheorie kan het gebruik van zichzelf niet consistent beschrijven, Nature Communications 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[20] PA Guérin, V. Baumann, F. Del Santo en Č. Brukner, Een no-go-stelling voor de aanhoudende realiteit van de perceptie van Wigner's vrienden, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[21] R. Healey, kwantumtheorie en de grenzen van objectiviteit, 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 en A. Fedrizzi, Experimentele test van de onafhankelijkheid van lokale waarnemers, Science Advances 5, eaaw9832 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw9832
[23] M. Żukowski en M. Markiewicz, Physics and metaphysics of Wigner's friends: Zelfs uitgevoerde voormetingen hebben geen resultaat, Physical Review Letters 126, 130402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.130402
[24] EG Cavalcanti, Het uitzicht vanuit een Wigner-bubbel, Foundations of Physics 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 en HM Wiseman, A strong no-go theorem on the Wigner's friend paradox, Nature Physics 16, 1199 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0990-x
[26] Z.-P. Xu, J. Steinberg, HC Nguyen en O. Gühne, No-go theorem gebaseerd op onvolledige informatie van Wigner over zijn vriend (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https://doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010
[27] Nuriya Nurgalieva en Lídia del Rio, ontoereikendheid van modale logica in kwantuminstellingen (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 en Caslav Brukner, gegeneraliseerde waarschijnlijkheidsregels uit een tijdloze formulering van Wigner's vriendscenario's, Quantum 5, 594 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-08-16-524
[29] JS Bell, Over de einstein podolsky rosen-paradox, Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[30] AC Elitzur, S. Popescu en D. Rohrlich, Quantum nonlocality voor elk paar in een ensemble, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] SL Braunstein en CM Caves, Wringing out better bell ongelijkheden, Annals of Physics 202, 22 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90339-P
A. Fijne, verborgen variabelen, gezamenlijke waarschijnlijkheid en de ongelijkheden van de bel, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.48.291
[33] MJ Hall, Lokaal deterministisch model van singlet-statuscorrelaties op basis van ontspannende meetonafhankelijkheid, Physical review letters 105, 250404 (2010a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250404
[34] R. Chaves, R. Kueng, JB Brask en D. Gross, verenigend raamwerk voor versoepelingen van de causale aannames in de stelling van Bell, Phys. Eerwaarde Lett. 114, 140403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
[35] MJ Hall en C. Branciard, Meetafhankelijkheidskosten voor bel-non-lokaliteit: causale versus retrocausale modellen, 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 en F. Sciarrino, Causale netwerken en keuzevrijheid in de stelling van Bell, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040323
[37] S. Popescu en D. Rohrlich, Quantum nonlocality als axioma, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[38] M. Fitzi, E. Hänggi, V. Scarani en S. Wolf, The non-lokaliteit van n luidruchtige popescu-rohrlich-boxen, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 43, 465305 (2010).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/43/46/465305
[39] ND Mermin, Extreme kwantumverstrengeling in een superpositie van macroscopisch verschillende toestanden, Phys. Rev. Lett. 65, 1838 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani en S. Wehner, Bell nonlocality, Reviews of Modern Physics 86, 419-478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] MJW Hall, aanvullende bijdragen van indeterminisme en signalering aan kwantumcorrelaties, Phys. Rev. A 82, 062117 (2010b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.062117
[42] S. Wehner, Tsirelson grenzen voor gegeneraliseerde clausuler-horne-shimony-holt ongelijkheden, Phys. Rev. A 73, 022110 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022110
[43] A. Einstein, B. Podolsky en N. Rosen, Kan de kwantummechanische beschrijving van de fysieke werkelijkheid als volledig worden beschouwd?, Physical review 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777
[44] JI De Vicente, On nonlocality as a resource theory and nonlocality measures, 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 en R. Chaves, kwantificering van bel-non-lokaliteit met de traceerafstand, Phys. Rev. A 97, 022111 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022111
[46] E. Wolfe, D. Schmid, AB Sainz, R. Kunjwal en 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 en R. Chaves, Bell-scenario's met communicatie, 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 en A. Acín, zelftestprotocollen op basis van de geketende Bell-ongelijkheden, New Journal of Physics 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013
Geciteerd door
[1] Thaís M. Acácio en Cristhiano Duarte, "Analysis of Neural Network Predictions for Entanglement Self-Catalysis", arXiv: 2112.14565.
Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2022-08-26 10:13:55). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.
On De door Crossref geciteerde service er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2022-08-26 10:13:53).
Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.
