1Institutul Internațional de Fizică, Universitatea Federală Rio Grande do Norte, 59078-970, Natal, Brazilia
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brazilia
3Școala de Fizică și Astronomie, Universitatea din Leeds, Leeds LS2 9JT, Regatul Unit
4Școala de Știință și Tehnologie, Universitatea Federală din Rio Grande do Norte, Natal, Brazilia
Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.
Abstract
Renumita problemă de măsurare cuantică scoate în evidență dificultatea de a reconcilia două postulate cuantice: evoluția unitară a sistemelor cuantice închise și colapsul funcției de undă după o măsurare. Această problematică este evidențiată în special în experimentul de gândire prieten al lui Wigner, unde nepotrivirea dintre evoluția unitară și colapsul de măsurare duce la descrieri cuantice contradictorii pentru diferiți observatori. O recentă teoremă de interdicție a stabilit că statisticile (cuantice) care decurg dintr-un scenariu prieten extins al lui Wigner este incompatibilă atunci când se încearcă să țină împreună trei ipoteze inofensive, și anume ne-superdeterminismul, independența parametrilor și absolutitatea evenimentelor observate. Bazându-ne pe acest scenariu extins, introducem două măsuri noi de non-absoluție a evenimentelor. Primul se bazează pe descompunerea EPR2, iar al doilea implică relaxarea ipotezei de absolutitate presupusă în teorema no-go menționată mai sus. Pentru a demonstra că corelațiile cuantice pot fi maxim non-absolute conform ambilor cuantificatori, arătăm că inegalitățile Bell înlănțuite (și relaxările acestora) sunt, de asemenea, constrângeri valabile pentru experimentul lui Wigner.
Rezumat popular
Pentru a ilustra problema, fizicianul maghiar-american Eugene Wigner a propus în 1961 un experiment imaginar, numit acum experimentul prietenului lui Wigner. Charlie, un observator izolat în laboratorul său, efectuează o măsurătoare pe un sistem cuantic într-o suprapunere a două stări. El obține aleatoriu unul dintre cele două rezultate posibile de măsurare. În schimb, Alice acționează ca un superobservator și îl descrie pe prietenul ei Charlie, laboratorul și sistemul fiind măsurați ca un sistem cuantic compozit mare. Deci, din perspectiva Alicei, prietenul ei Charlie există într-o suprapunere coerentă, încurcat cu rezultatul măsurării sale. Adică, din punctul de vedere al lui Alice, starea cuantică nu asociază o valoare bine definită cu rezultatul măsurării lui Charlie. Astfel, aceste două descrieri, cea a Alicei sau cea a prietenului ei Charlie, duc la rezultate diferite, care în principiu ar putea fi comparate experimental. Poate părea puțin ciudat, dar aici se află problema: mecanica cuantică nu ne spune unde să tragem limita dintre lumea clasică și cea cuantică. În principiu, ecuația Schrödinger se aplică atomilor și electronilor, precum și obiectelor macroscopice, cum ar fi pisicile și prietenii umani. Nimic din teorie nu ne spune ce trebuie analizat prin evoluții unitare sau prin formalismul operatorilor de măsură.
Dacă ne imaginăm acum doi superobservatori, descriși de Alice și Bob, fiecare dintre ei măsurându-și propriul laborator, care conține prietenii lor, Charlie și Debbie și sistemele pe care le măsoară, statisticile obținute de Alice și Bob ar trebui să fie clasice, adică nu ar trebui să fie. să poată încălca orice inegalitate Bell. La urma urmei, prin postulatul de măsurare, toată non-clasicitatea sistemului ar fi trebuit să fie stinsă atunci când Charlie și Debbie și-au efectuat măsurătorile. Din punct de vedere matematic, putem descrie această situație printr-un set de ipoteze. Prima ipoteză este absolutitatea evenimentelor (AoE). La fel ca într-un experiment Bell, la ce avem acces experimental este distribuția de probabilitate p(a,b|x,y), rezultatele măsurătorilor lui Alice și Bob, având în vedere că au măsurat un anumit observabil. Dar dacă măsurătorile făcute de observatori sunt într-adevăr evenimente absolute, atunci această probabilitate observabilă ar trebui să provină dintr-o probabilitate comună în care rezultatele măsurătorilor lui Charlie și Debbie pot fi, de asemenea, definite. Atunci când este combinată cu ipotezele independenței de măsurare și fără semnalizare, AoE duce la constrângeri testabile experimental, inegalități Bell care sunt încălcate de corelații cuantice, dovedind astfel incompatibilitatea teoriei cuantice cu conjuncția unor astfel de ipoteze.
În această lucrare, arătăm că putem relaxa ipoteza AoE și încă obținem încălcări cuantice ale inegalităților Bell corespunzătoare. Luând în considerare două moduri diferite și complementare de a cuantifica relaxarea AoE, cuantificăm cât de mult ar trebui să nu fie de acord predicțiile de la un observator și un superobservator pentru a reproduce predicțiile cuantice pentru un astfel de experiment. De fapt, după cum demonstrăm, pentru a reproduce posibilele corelații permise de mecanica cuantică, această abatere trebuie să fie maximă, corespunzătoare cazului în care rezultatele măsurătorilor lui Alice și Charlie sau Bob și Debbie sunt complet necorelate. În alți termeni, teoria cuantică permite evenimente maxime non-absolute.
► Date BibTeX
► Referințe
[1] EP Wigner, The problem of measurement, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1969254
[2] M. Schlosshauer, Decoherence, the measurement problem, and interpretations of quantum mechanics, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267
[3] MF Pusey, Un prieten inconsistent, Nature Physics 14, 977–978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7
[4] EP Wigner, Remarks on the mind-body question, în Philosophical reflections and syntheses (Springer, 1995) pp. 247–260.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[5] H. Everett, Formularea „starea relativă” a mecanicii cuantice, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056-003
[6] D. Bohm și J. Bub, O soluție propusă a problemei de măsurare în mecanica cuantică printr-o teorie a variabilei ascunse, Reviews of Modern Physics 38, 453 (1966).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.38.453
[7] S. Hossenfelder și T. Palmer, Rethinking superdeterminism, Frontiers in Physics 8, 139 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2020.00139
[8] G. Hooft, postulatul liberului arbitru în mecanica cuantică, arXiv preprint quant-ph/0701097 (2007).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
arXiv: Quant-ph / 0701097
[9] H. Price, Modele de jucărie pentru retrocauzalitate, Studii de Istorie și Filosofia Științei Partea B: Studii de Istorie și Filosofia Fizicii Moderne 39, 752 (2008).
https:///doi.org/10.1016/j.shpsb.2008.05.006
[10] HP Stapp, The copenhaga interpretation, American Journal of physics 40, 1098 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1986768
[11] C. Rovelli, Mecanica cuantică relațională, International Journal of Theoretical Physics 35, 1637 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02302261
[12] CM Caves, CA Fuchs și R. Schack, Quantum probabilities as bayesian probabilities, Physical review A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305
[13] A. Bassi și G. Ghirardi, Modele de reducere dinamică, Rapoarte de fizică 379, 257 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(03)00103-0
[14] GC Ghirardi, A. Rimini și 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, O teoremă interzisă pentru fapte independente de observator, Entropia 20, 350 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20050350
[18] EG Cavalcanti și HM Wiseman, Implications of local friendliness violation for quantum causality, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925
[19] D. Frauchiger și R. Renner, Teoria cuantică nu poate descrie în mod consecvent utilizarea ei însăși, Nature communications 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[20] PA Guérin, V. Baumann, F. Del Santo și Č. Brukner, O teoremă interzisă pentru realitatea persistentă a percepției prietenilor lui Wigner, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[21] R. Healey, Teoria cuantică și limitele obiectivității, 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 și A. Fedrizzi, Experimental test of local observar independence, Science advances 5, eaaw9832 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw9832
[23] M. Żukowski și M. Markiewicz, Physics and metaphysics of Wigner's friends: Even performed premeasurements have no results, 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] K.-W. Bong, A. Utreras-Alarcón, F. Ghafari, Y.-C. Liang, N. Tischler, EG Cavalcanti, GJ Pryde și 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 și O. Gühne, Teorema No-go bazată pe informații incomplete ale lui Wigner despre prietenul său (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010
[27] Nuriya Nurgalieva și Lídia del Rio, Inadecvarea logicii modale în setările cuantice (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 și Caslav Brukner, Generalized probability rules from a timeless formulation of Wigner's friend scenarios, Quantum 5, 594 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-08-16-524
[29] JS Bell, Despre paradoxul einstein podolsky rosen, Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[30] AC Elitzur, S. Popescu, and D. Rohrlich, Quantum nonlocality for each pair in an ensemble, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] SL Braunstein și 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, Variabile ascunse, probabilitatea comună și inegalitățile clopot, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.48.291
[33] MJ Hall, Modelul determinist local al corelațiilor de stări singlet bazate pe independența măsurării relaxante, Physical review letters 105, 250404 (2010a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250404
[34] R. Chaves, R. Kueng, JB Brask și D. Gross, Unifying framework for relaxations of the causal presuptions in bell's theorema, Phys. Rev. Lett. 114, 140403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
[35] MJ Hall și C. Branciard, Costul de dependență de măsurare pentru nonlocalitatea clopotului: modele cauzale versus retrocauzale, 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 și F. Sciarrino, Causal networks and libertatea de alegere în teorema lui Bell, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040323
[37] S. Popescu şi 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 și 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, încurcarea cuantică extremă într-o suprapunere de stări macroscopice distincte, Phys. Pr. Lett. 65, 1838 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani și S. Wehner, Bell nonlocality, Reviews of Modern Physics 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] MJW Hall, Contribuții complementare ale indeterminismului și semnalizării la corelațiile cuantice, Phys. Rev. A 82, 062117 (2010b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.062117
[42] S. Wehner, Tsirelson bounds for generalized clauser-horne-shimony-holt inequalities, Phys. Rev. A 73, 022110 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022110
[43] A. Einstein, B. Podolsky și N. Rosen, Can quantum-mechanical description of physical reality be considerat complete?, 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 measurements, 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 și 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 și 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 și R. Chaves, Bell scenarii 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 și A. Acín, Protocoale de autotestare bazate pe inegalitățile Bell înlănțuite, New Journal of Physics 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013
Citat de
[1] Thaís M. Acácio și Cristhiano Duarte, „Analysis of Neural Network Predictions for Entanglement Self-Catalysis”, arXiv: 2112.14565.
Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2022-08-26 10:13:55). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.
On Serviciul citat de Crossref nu s-au găsit date despre citarea lucrărilor (ultima încercare 2022-08-26 10:13:53).
Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.
