1Międzynarodowy Instytut Fizyki, Federalny Uniwersytet Rio Grande do Norte, 59078-970, Natal, Brazylia
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brazylia
3Szkoła Fizyki i Astronomii, Uniwersytet w Leeds, Leeds LS2 9JT, Wielka Brytania
4Szkoła Nauki i Technologii, Uniwersytet Federalny Rio Grande do Norte, Natal, Brazylia
Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.
Abstrakcyjny
Znany problem pomiaru kwantowego ukazuje trudność pogodzenia dwóch postulatów kwantowych: jednolitej ewolucji zamkniętych systemów kwantowych i załamania się funkcji falowej po pomiarze. Ta problematyka jest szczególnie uwydatniona w eksperymencie myślowym Wignera, gdzie rozbieżność między ewolucją jednostkową a załamaniem się pomiarów prowadzi do sprzecznych opisów kwantowych dla różnych obserwatorów. Niedawne twierdzenie no-go ustaliło, że (kwantowe) statystyki wynikające z rozszerzonego scenariusza przyjaciela Wignera są niezgodne, gdy próbuje się połączyć trzy nieszkodliwe założenia, a mianowicie brak superdeterminizmu, niezależność parametrów i absolutność obserwowanych zdarzeń. Opierając się na tym rozszerzonym scenariuszu, wprowadzamy dwie nowe miary nieabsolutności zdarzeń. Pierwsza opiera się na dekompozycji EPR2, a druga polega na złagodzeniu hipotezy absolutności przyjętej we wspomnianym twierdzeniu no-go. Aby udowodnić, że korelacje kwantowe mogą być maksymalnie nieabsolutne według obu kwantyfikatorów, pokazujemy, że łańcuchowe nierówności Bella (i ich relaksacje) są również ważnymi ograniczeniami dla eksperymentu Wignera.
Popularne podsumowanie
Aby zilustrować problem, węgiersko-amerykański fizyk Eugene Wigner zaproponował w 1961 wyimaginowany eksperyment, obecnie nazywany eksperymentem przyjaciela Wignera. Charlie, wyizolowany obserwator w swoim laboratorium, dokonuje pomiaru w układzie kwantowym w superpozycji dwóch stanów. Uzyskuje losowo jeden z dwóch możliwych wyników pomiaru. W przeciwieństwie do tego, Alice działa jako superobserwator i opisuje swojego przyjaciela Charliego, laboratorium i mierzony system jako duży złożony układ kwantowy. Tak więc, z perspektywy Alicji, jej przyjaciel Charlie istnieje w spójnej superpozycji, uwikłanej w wynik jego pomiaru. Oznacza to, że z punktu widzenia Alicji stan kwantowy nie wiąże dobrze zdefiniowanej wartości z wynikiem pomiaru Charliego. Tak więc te dwa opisy, opis Alice lub jej przyjaciela Charliego, prowadzą do różnych wyników, które w zasadzie można porównać eksperymentalnie. Może się to wydawać trochę dziwne, ale w tym tkwi problem: mechanika kwantowa nie mówi nam, gdzie narysować granicę między światem klasycznym a kwantowym. W zasadzie równanie Schrödingera dotyczy atomów i elektronów, a także obiektów makroskopowych, takich jak koty i ludzie. Nic w teorii nie mówi nam, co należy analizować poprzez ewolucje unitarne lub formalizm operatorów pomiaru.
Jeśli teraz wyobrazimy sobie dwóch superobserwatorów, opisanych przez Alicję i Boba, z których każdy mierzy swoje własne laboratorium zawierające ich odpowiednich przyjaciół, Charliego i Debbie oraz systemy, które mierzą, statystyki uzyskane przez Alicję i Boba powinny być klasyczne, to znaczy nie powinny być w stanie złamać jakąkolwiek nierówność Bella. W końcu, zgodnie z postulatem pomiarowym, cała nieklasyczność systemu powinna zostać wygaszona, gdy Charlie i Debbie dokonali pomiarów. Matematycznie możemy opisać tę sytuację za pomocą zestawu hipotez. Pierwsza hipoteza to absolutność zdarzeń (AoE). Podobnie jak w eksperymencie Bella, mamy dostęp eksperymentalny do rozkładu prawdopodobieństwa p(a,b|x,y), wyników pomiarów Alicji i Boba, zakładając, że zmierzyli pewną obserwowalną. Ale jeśli pomiary dokonywane przez obserwatorów rzeczywiście są zdarzeniami bezwzględnymi, to to obserwowalne prawdopodobieństwo powinno pochodzić z łącznego prawdopodobieństwa, w którym można również zdefiniować wyniki pomiarów Charliego i Debbie. W połączeniu z założeniami niezależności pomiaru i braku sygnalizacji, AoE prowadzi do eksperymentalnie testowalnych ograniczeń, nierówności Bella, które są naruszane przez korelacje kwantowe, udowadniając w ten sposób niezgodność teorii kwantowej z koniunkcją takich założeń.
W tym artykule pokazujemy, że możemy rozluźnić założenie AoE i nadal uzyskać kwantowe naruszenia odpowiednich nierówności Bella. Rozważając dwa różne i uzupełniające się sposoby kwantyfikacji relaksacji AoE, określamy ilościowo, jak bardzo przewidywania obserwatora i superobserwatora powinny się nie zgadzać, aby odtworzyć przewidywania kwantowe dla takiego eksperymentu. W rzeczywistości, jak udowadniamy, aby odtworzyć możliwe korelacje dozwolone przez mechanikę kwantową, odchylenie to musi być maksymalne, odpowiadające przypadkowi, w którym wyniki pomiarów Alicji i Charliego lub Boba i Debbie są całkowicie nieskorelowane. Innymi słowy, teoria kwantów dopuszcza zdarzenia maksymalnie nieabsolutne.
► Dane BibTeX
► Referencje
[1] EP Wigner, Problem pomiaru, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1969254
[2] M. Schlosshauer, Dekoherencja, problem pomiaru i interpretacje mechaniki kwantowej, Recenzje współczesnej fizyki 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267
[3] MF Pusey, niekonsekwentny przyjaciel, Nature Physics 14, 977-978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7
[4] EP Wigner, Remarks on the mind-body question, w Philosophical reflections and syntezes (Springer, 1995), s. 247–260.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[5] H. Everett, „Stan względny” sformułowanie mechaniki kwantowej, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https: // doi.org/ 10.1515 / 9781400868056-003
[6] D. Bohm i J. Bub, Proponowane rozwiązanie problemu pomiaru w mechanice kwantowej przez teorię ukrytych zmiennych, Reviews of Modern Physics 38, 453 (1966).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.38.453
[7] S. Hossenfelder i T. Palmer, Rethinking superdeterminism, Frontiers in Physics 8, 139 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2020.00139
[8] G. Hooft, Postulat wolnej woli w mechanice kwantowej, arXiv preprint quant-ph/0701097 (2007).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
arXiv: quant-ph / 0701097
[9] H. Price, Zabawkowe modele retroprzyczynowości, Studia z historii i filozofii nauki Część B: Studia z historii i filozofii współczesnej fizyki 39, 752 (2008).
https: // doi.org/ 10.1016 / j.shpsb.2008.05.006
[10] HP Stapp, Interpretacja kopenhaska, amerykańskie czasopismo fizyki 40, 1098 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1986768
[11] C. Rovelli, Relacyjna mechanika kwantowa, International Journal of Theoretical Physics 35, 1637 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02302261
[12] CM Caves, CA Fuchs i R. Schack, Prawdopodobieństwa kwantowe jako prawdopodobieństwa bayesowskie, Przegląd fizyczny A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305
[13] A. Bassi i G. Ghirardi, Dynamiczne modele redukcji, Physics Reports 379, 257 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(03)00103-0
[14] GC Ghirardi, A. Rimini i T. Weber, Unified dynamics for microscopic and macroscopic systems, przegląd fizyczny D 34, 470 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.470
[15] R. Penrose, O roli grawitacji w redukcji stanów kwantowych, Ogólna teoria względności i grawitacji 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068
[16] C. Brukner, O problemie pomiaru kwantowego (2015), arXiv:1507.05255 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
arXiv: 1507.05255
[17] C. Brukner, Twierdzenie no-go dla faktów niezależnych od obserwatora, Entropy 20, 350 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20050350
[18] EG Cavalcanti i HM Wiseman, Implications of local friendlyness abuse for quantum causality, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925
[19] D. Frauchiger i R. Renner, Teoria kwantów nie może konsekwentnie opisywać samego siebie, komunikaty Nature 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[20] PA Guérin, V. Baumann, F. Del Santo i Č. Brukner, Twierdzenie o braku możliwości dla trwałej rzeczywistości percepcji przyjaciół Wignera, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[21] R. Healey, Teoria kwantów i granice obiektywności, Podstawy fizyki 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 i A. Fedrizzi, Eksperymentalny test niezależności lokalnego obserwatora, Postępy naukowe 5, eaaw9832 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw9832
[23] M. Żukowski i M. Markiewicz, Fizyka i metafizyka przyjaciół Wignera: Nawet wykonane pomiary wstępne nie dają wyników, Physical Review Letters 126, 130402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.130402
[24] EG Cavalcanti, Widok z bańki Wignera, 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 i HM Wiseman, Silne twierdzenie „no-go” na temat paradoksu przyjaciela Wignera, Nature Physics 16, 1199 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0990-x
[26] Z P. Xu, J. Steinberg, HC Nguyen i O. Gühne, twierdzenie No-go oparte na niepełnych informacjach Wignera o jego przyjacielu (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010
[27] Nuriya Nurgalieva i Lídia del Rio, Nieadekwatność logiki modalnej w ustawieniach kwantowych (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 i Caslav Brukner, Uogólnione reguły prawdopodobieństwa z ponadczasowego sformułowania scenariuszy przyjaciela Wignera, Quantum 5, 594 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-08-16-524
[29] JS Bell, O paradoksie Einsteina Podolsky'ego Rosena, Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[30] AC Elitzur, S. Popescu i D. Rohrlich, Quantum nonlocality dla każdej pary w zespole, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] SL Braunstein i CM Caves, Wyciskanie lepszych nierówności dzwonowych, Annals of Physics 202, 22 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90339-P
A. Fine, Ukryte zmienne, wspólne prawdopodobieństwo i nierówności dzwonowe, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.48.291
[33] MJ Hall, Lokalny deterministyczny model korelacji stanów singletowych oparty na relaksującej niezależności pomiaru, Fizyczne listy przeglądowe 105, 250404 (2010a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250404
[34] R. Chaves, R. Kueng, JB Brask i D. Gross, Unifying framework for relaksacje przyczynowych założeń w twierdzeniu Bella, Phys. Ks. 114, 140403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
[35] MJ Hall i C. Branciard, Koszt zależności od pomiaru dla nielokalności dzwonka: modele przyczynowe a modele wsteczne, 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 i F. Sciarrino, Sieci przyczynowe i wolność wyboru w twierdzeniu Bella, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https: // doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040323
[37] S. Popescu i D. Rohrlich, Nielokalność kwantowa jako aksjomat, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[38] M. Fitzi, E. Hänggi, V. Scarani i S. Wolf, The nonlocality of 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, Ekstremalne splątanie kwantowe w superpozycji makroskopowo różnych stanów, Fiz. Rev. Lett. 65, 1838 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani i S. Wehner, Bell nonlocality, Reviews of Modern Physics 86, 419-478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] MJW Hall, Komplementarny wkład indeterminizmu i sygnalizacji do korelacji kwantowych, Phys. Rev. A 82, 062117 (2010b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.062117
[42] S. Wehner, granice Tsirelsona dla uogólnionych nierówności klauzula-horne-shimony-holt, Phys. Rev. A 73, 022110 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022110
[43] A. Einstein, B. Podolsky i N. Rosen, Czy kwantowo-mechaniczny opis rzeczywistości fizycznej można uznać za kompletny?, Przegląd fizyczny 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777
[44] JI De Vicente, O nielokalności jako teorii zasobów i środkach nielokalności, 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 i R. Chaves, Quantifying bell nonlocality with the track distance, Phys. Rev. A 97, 022111 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022111
[46] E. Wolfe, D. Schmid, AB Sainz, R. Kunjwal i RW Spekkens, Quantifying bell: The Resource teoria nieklasyczności pudełek wywołanych wspólną przyczyną, Quantum 4, 280 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-06-08-280
[47] JB Brask i R. Chaves, Scenariusze Bella z komunikacją, 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 i A. Acín, Protokoły samotestowania oparte na przykutych nierównościach Bella, New Journal of Physics 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013
Cytowany przez
[1] Thaís M. Acácio i Cristhiano Duarte, „Analiza przewidywań sieci neuronowych dla samokatalizy splątania”, arXiv: 2112.14565.
Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2022-08-26 10:13:55). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.
On Serwis cytowany przez Crossref nie znaleziono danych na temat cytowania prac (ostatnia próba 2022-08-26 10:13:53).
Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.
