1International Institute of Physics, Federal University of Rio Grande do Norte, 59078-970, Natal, Brasil
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brasil
3School of Physics and Astronomy, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, Storbritannia
4School of Science and Technology, Federal University of Rio Grande do Norte, Natal, Brasil
Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.
Abstrakt
Det beryktede kvantemålingsproblemet bringer frem vanskeligheten med å forene to kvantepostulater: den enhetlige utviklingen av lukkede kvantesystemer og bølgefunksjonens kollaps etter en måling. Denne problematikken er spesielt fremhevet i Wigners venn-tankeeksperiment, der misforholdet mellom enhetlig evolusjon og målekollaps fører til motstridende kvantebeskrivelser for forskjellige observatører. Et nylig no-go-teorem har fastslått at (kvante-)statistikken som oppstår fra et utvidet Wigners vennscenario er uforenlig når man prøver å holde sammen tre ufarlige antakelser, nemlig ikke-superdeterminisme, parameteruavhengighet og absolutthet av observerte hendelser. Med utgangspunkt i dette utvidede scenariet, introduserer vi to nye mål på ikke-absoluttheten av hendelser. Den første er basert på EPR2-dekomponeringen, og den andre involverer relaksering av absolutthetshypotesen antatt i det nevnte no-go-teoremet. For å bevise at kvantekorrelasjoner kan være maksimalt ikke-absolutt i henhold til begge kvantifikatorene, viser vi at kjedede Bell-ulikheter (og avslapninger derav) også er gyldige begrensninger for Wigners eksperiment.
Populært sammendrag
For å illustrere problemet foreslo den ungarsk-amerikanske fysikeren Eugene Wigner i 1961 et imaginært eksperiment, nå kalt Wigners venneeksperiment. Charlie, en isolert observatør i laboratoriet hans, utfører en måling på et kvantesystem i en superposisjon av to tilstander. Han får tilfeldig ett av to mulige måleresultater. Derimot fungerer Alice som en superobservatør, og beskriver vennen Charlie, laboratoriet og systemet som måles som et stort sammensatt kvantesystem. Så fra Alices perspektiv eksisterer vennen hennes Charlie i en sammenhengende superposisjon, viklet inn i resultatet av målingen hans. Det vil si at fra Alices synspunkt forbinder ikke kvantetilstanden en veldefinert verdi med resultatet av Charlies måling. Dermed fører disse to beskrivelsene, den av Alice eller den til vennen Charlie, til forskjellige resultater, som i prinsippet kan sammenlignes eksperimentelt. Det kan virke litt rart, men her ligger problemet: kvantemekanikk forteller oss ikke hvor vi skal trekke grensen mellom den klassiske og kvanteverdenen. I prinsippet gjelder Schrödinger-ligningen for atomer og elektroner så vel som for makroskopiske objekter som katter og menneskevenner. Ingenting i teorien forteller oss hva som skal analyseres gjennom enhetlige evolusjoner eller formalismen til måleoperatorer.
Hvis vi nå forestiller oss to superobservatører, beskrevet av Alice og Bob, som hver av dem måler sitt eget laboratorium som inneholder sine respektive venner, Charlie og Debbie og systemene de måler, bør statistikken innhentet av Alice og Bob være klassisk, dvs. være i stand til å bryte enhver Bell-ulikhet. Tross alt, i henhold til målepostulatet, burde all ikke-klassiskitet av systemet vært slukket da Charlie og Debbie utførte målingene sine. Matematisk kan vi beskrive denne situasjonen med et sett med hypoteser. Den første hypotesen er hendelsenes absolutthet (AoE). Som i et Bell-eksperiment, det vi har eksperimentell tilgang til er sannsynlighetsfordeling p(a,b|x,y), måleresultatene til Alice og Bob, gitt at de målte en viss observerbar. Men hvis målinger gjort av observatører virkelig er absolutte hendelser, bør denne observerbare sannsynligheten komme fra en felles sannsynlighet der Charlie og Debbies måleresultater også kan defineres. Når kombinert med antakelsene om måleuavhengighet og ingen signalering, fører AoE til eksperimentelt testbare begrensninger, Bell-ulikheter som brytes av kvantekorrelasjoner, og beviser dermed inkompatibiliteten til kvanteteori med kombinasjonen av slike forutsetninger.
I denne artikkelen viser vi at vi kan slappe av AoE-antakelsen og fortsatt oppnå kvantebrudd på de tilsvarende Bell-ulikhetene. Ved å vurdere to forskjellige og komplementære måter å kvantifisere relakseringen av AoE, kvantifiserer vi hvor mye spådommene fra en observatør og en superobservatør bør være uenige for å reprodusere kvantespådommene for et slikt eksperiment. Faktisk, som vi beviser, for å reprodusere de mulige korrelasjonene tillatt av kvantemekanikk, må dette avviket være maksimalt, tilsvarende tilfellet der måleresultatene til Alice og Charlie eller Bob og Debbie er fullstendig ukorrelerte. Med andre ord tillater kvanteteori maksimalt ikke-absolutte hendelser.
► BibTeX-data
► Referanser
[1] EP Wigner, The problem of measurement, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1969254
[2] M. Schlosshauer, Dekoherens, måleproblemet og tolkninger av kvantemekanikk, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267
[3] MF Pusey, En inkonsekvent venn, 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) s. 247–260.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[5] H. Everett, "Relative state" formulering av kvantemekanikk, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056-003
[6] D. Bohm og J. Bub, En foreslått løsning av måleproblemet i kvantemekanikk ved hjelp av en skjult variabelteori, Reviews of Modern Physics 38, 453 (1966).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.38.453
[7] S. Hossenfelder og T. Palmer, Rethinking superdeterminism, Frontiers in Physics 8, 139 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2020.00139
[8] G. Hooft, The free-will postulat in quantum mechanics, arXiv preprint quant-ph/0701097 (2007).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
arxiv: Quant-ph / 0701097
[9] H. Price, Toy models for retrocausality, Studies in History and Philosophy of Science Part 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, The copenhagen interpretation, American journal of physics 40, 1098 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1986768
[11] C. Rovelli, Relasjonell kvantemekanikk, International Journal of Theoretical Physics 35, 1637 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02302261
[12] CM Caves, CA Fuchs og R. Schack, Quantum probabilities as bayesian probabilities, Physical review A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305
[13] A. Bassi og G. Ghirardi, Dynamiske reduksjonsmodeller, Physics Reports 379, 257 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(03)00103-0
[14] GC Ghirardi, A. Rimini og 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, On gravity's role in quantum state reduction, General relativity and gravitation 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068
[16] C. Brukner, On the quantum measurement problem (2015), arXiv:1507.05255 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
arxiv: 1507.05255
[17] Č. Brukner, Et no-go-teorem for observatøruavhengige fakta, Entropy 20, 350 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20050350
[18] EG Cavalcanti og HM Wiseman, Implikasjoner av brudd på lokal vennlighet for kvanteårsakssammenheng, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925
[19] D. Frauchiger og R. Renner, kvanteteori kan ikke konsekvent beskrive bruken av seg selv, Nature communications 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[20] P.A. Guérin, V. Baumann, F. Del Santo og Č. Brukner, Et no-go-teorem for den vedvarende virkeligheten til Wigners venners oppfatning, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[21] R. Healey, Quantum theory and the limits of objectivity, 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 og A. Fedrizzi, Eksperimentell test av lokal observatøruavhengighet, Science advances 5, eaaw9832 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw9832
[23] M. Żukowski og M. Markiewicz, Physics and metaphysics of Wigners friends: Selv utførte forhåndsmålinger har ingen resultater, Physical Review Letters 126, 130402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.130402
[24] EG Cavalcanti, Utsikten fra en Wigner-boble, 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, E. G. Cavalcanti, G. J. Pryde og H. M. Wiseman, A strong no-go theorem on the Wigners friend paradox, Nature Physics 16, 1199 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0990-x
[26] Z.-P. Xu, J. Steinberg, HC Nguyen og O. Gühne, No-go-teorem basert på ufullstendig informasjon fra Wigner om vennen hans (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arxiv: 2111.15010
[27] Nuriya Nurgalieva og 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] Veronika Baumann, Flavio Del Santo, Alexander RH Smith, Flaminia Giacomini, Esteban Castro-Ruiz og Caslav Brukner, Generaliserte sannsynlighetsregler fra en tidløs formulering av Wigners vennescenarier, 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 og D. Rohrlich, Quantum nonlocality for hvert par i et ensemble, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] SL Braunstein og CM Caves, Wringing out better bell inequalities, Annals of Physics 202, 22 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90339-P
A. Fine, skjulte variabler, felles sannsynlighet og klokkeulikhetene, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.48.291
[33] MJ Hall, Lokal deterministisk modell for singlet-tilstandskorrelasjoner basert på avslappende måleuavhengighet, Physical review letters 105, 250404 (2010a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250404
[34] R. Chaves, R. Kueng, J. B. Brask og D. Gross, Unifying framework for relaxations of the causal antagelser i bell's theorem, Phys. Rev. Lett. 114, 140403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
[35] MJ Hall og C. Branciard, Målingsavhengige kostnader for klokke ikke-lokalitet: Årsak versus retrokausale modeller, 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, M. R. Barros, G. Carvacho, E. Wolfe, A. Canabarro, R. W. Spekkens og F. Sciarrino, Causal networks og valgfrihet i klokkens teorem, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040323
[37] S. Popescu og 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 og 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, Ekstrem kvanteforvikling i en superposisjon av makroskopisk forskjellige tilstander, Phys. Prest Lett. 65, 1838 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani og S. Wehner, Bell nonlocality, Reviews of Modern Physics 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] MJW Hall, komplementære bidrag fra indeterminisme og signalering til kvantekorrelasjoner, Phys. Rev. A 82, 062117 (2010b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.062117
[42] S. Wehner, Tsirelson grenser for generaliserte clauser-horne-shimony-holt ulikheter, Phys. Rev. A 73, 022110 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022110
[43] A. Einstein, B. Podolsky og N. Rosen, Kan kvantemekanisk beskrivelse av den fysiske virkeligheten anses som fullstendig?, Physical review 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777
[44] JI De Vicente, Om ikke-lokalitet som ressursteori og ikke-lokalitetsmål, 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 og 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 og 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 og R. Chaves, Bell-scenarier med kommunikasjon, 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 og 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
Sitert av
[1] Thaís M. Acácio og Cristhiano Duarte, "Analysis of Neural Network Predictions for Entanglement Self-Catalysis", arxiv: 2112.14565.
Sitatene ovenfor er fra SAO / NASA ADS (sist oppdatert vellykket 2022-08-26 10:13:55). Listen kan være ufullstendig fordi ikke alle utgivere gir passende og fullstendige sitasjonsdata.
On Crossrefs siterte tjeneste ingen data om sitering av verk ble funnet (siste forsøk 2022-08-26 10:13:53).
Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.
