1Международный институт физики, Федеральный университет Риу-Гранди-ду-Норти, 59078-970, Натал, Бразилия
2Departamento de Computação, Федеральный сельский университет Пернамбуку, 52171-900, Ресифи, Пернамбуку, Бразилия
3Школа физики и астрономии Лидского университета, Лидс LS2 9JT, Соединенное Королевство
4Школа науки и технологий, Федеральный университет Риу-Гранди-ду-Норти, Натал, Бразилия
Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.
Абстрактные
Пресловутая проблема квантовых измерений выявляет трудности примирения двух квантовых постулатов: унитарной эволюции замкнутых квантовых систем и коллапса волновой функции после измерения. Эта проблематика особенно подчеркивается в мысленном эксперименте друга Вигнера, где несоответствие между унитарной эволюцией и коллапсом измерений приводит к противоречивым квантовым описаниям для разных наблюдателей. Недавняя теорема о невозможности установила, что (квантовая) статистика, возникающая из расширенного сценария друга Вигнера, несовместима, если попытаться свести воедино три безобидных допущения, а именно отсутствие супердетерминизма, независимость от параметров и абсолютность наблюдаемых событий. Опираясь на этот расширенный сценарий, мы вводим две новые меры неабсолютности событий. Первый основан на разложении EPR2, а второй включает в себя ослабление гипотезы абсолютности, принятой в вышеупомянутой теореме о непроходимости. Чтобы доказать, что квантовые корреляции могут быть максимально неабсолютными согласно обоим кванторам, мы показываем, что цепные неравенства Белла (и их релаксации) также являются действительными ограничениями для эксперимента Вигнера.
Популярное резюме
Чтобы проиллюстрировать проблему, венгерско-американский физик Юджин Вигнер предложил в 1961 году воображаемый эксперимент, который теперь называется экспериментом друга Вигнера. Чарли, изолированный наблюдатель в своей лаборатории, проводит измерение квантовой системы в суперпозиции двух состояний. Он случайным образом получает один из двух возможных результатов измерения. Напротив, Алиса действует как супернаблюдатель и описывает своего друга Чарли, лабораторию и измеряемую систему как большую составную квантовую систему. Итак, с точки зрения Алисы, ее друг Чарли существует в когерентной суперпозиции, запутанной с результатом своего измерения. То есть, с точки зрения Алисы, квантовое состояние не связывает четко определенное значение с результатом измерения Чарли. Таким образом, эти два описания, Алисы и ее друга Чарли, приводят к разным результатам, которые в принципе можно сравнивать экспериментально. Это может показаться немного странным, но здесь кроется проблема: квантовая механика не говорит нам, где провести грань между классическим и квантовым мирами. В принципе, уравнение Шредингера применимо к атомам и электронам, а также к макроскопическим объектам, таким как кошки и друзья человека. Ничто в теории не говорит нам, что следует анализировать с помощью унитарных эволюций или формализма операторов измерения.
Если теперь представить себе двух супернаблюдателей, описанных Алисой и Бобом, каждый из которых измеряет свою собственную лабораторию, содержащую своих друзей, Чарли и Дебби, и системы, которые они измеряют, то статистика, полученная Алисой и Бобом, должна быть классической, то есть не должна может нарушить любое неравенство Белла. В конце концов, согласно постулату измерения, вся неклассичность системы должна была исчезнуть, когда Чарли и Дебби выполнили свои измерения. Математически мы можем описать эту ситуацию набором гипотез. Первая гипотеза — абсолютность событий (AoE). Как и в эксперименте Белла, у нас есть экспериментальный доступ к распределению вероятностей p(a,b|x,y), результатам измерений Алисы и Боба при условии, что они измерили определенную наблюдаемую. Но если измерения, сделанные наблюдателями, действительно являются абсолютными событиями, то эта наблюдаемая вероятность должна исходить из совместной вероятности, в которой также могут быть определены результаты измерений Чарли и Дебби. В сочетании с предположениями о независимости измерений и отсутствии сигналов АоЕ приводит к экспериментально проверяемым ограничениям, неравенствам Белла, которые нарушаются квантовыми корреляциями, тем самым доказывая несовместимость квантовой теории с сочетанием таких предположений.
В этой статье мы показываем, что мы можем ослабить предположение об АО и по-прежнему получать квантовые нарушения соответствующих неравенств Белла. Рассматривая два разных и дополняющих друг друга способа количественной оценки релаксации AoE, мы количественно определяем, насколько должны расходиться предсказания наблюдателя и супернаблюдателя, чтобы воспроизвести квантовые предсказания для такого эксперимента. На самом деле, как мы доказываем, для воспроизведения возможных корреляций, допускаемых квантовой механикой, это отклонение должно быть максимальным, что соответствует случаю, когда результаты измерений Алисы и Чарли или Боба и Дебби совершенно некоррелированы. Другими словами, квантовая теория допускает максимально неабсолютные события.
► Данные BibTeX
► Рекомендации
[1] Э. П. Вигнер, Проблема измерения, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1969254
[2] М. Шлоссхауэр, Декогеренция, проблема измерения и интерпретации квантовой механики, Обзоры современной физики 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267
[3] М. Ф. Пьюзи, Непоследовательный друг, Nature Physics 14, 977–978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7
[4] Э. П. Вигнер, Замечания по вопросу о разуме и теле, в Философских размышлениях и синтезах (Springer, 1995), стр. 247–260.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[5] Х. Эверетт, Формулировка квантовой механики «относительное состояние», Многомировая интерпретация квантовой механики, 141 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056-003
[6] Д. Бом и Дж. Буб, Предлагаемое решение проблемы измерения в квантовой механике с помощью теории скрытых переменных, Reviews of Modern Physics 38, 453 (1966).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.38.453
[7] С. Хоссенфельдер и Т. Палмер, Переосмысление супердетерминизма, Frontiers in Physics 8, 139 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2020.00139
[8] Г. Хофт, Постулат свободы воли в квантовой механике, препринт arXiv quant-ph/0701097 (2007).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
Arxiv: колич-фот / 0701097
[9] Х. Прайс, Игрушечные модели ретрокаузальности, Исследования по истории и философии науки, часть B: Исследования по истории и философии современной физики 39, 752 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.shpsb.2008.05.006
[10] HP Стапп, Копенгагенская интерпретация, Американский журнал физики 40, 1098 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1986768
[11] К. Ровелли, Реляционная квантовая механика, Международный журнал теоретической физики 35, 1637 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02302261
[12] CM Caves, CA Fuchs и R. Schack, Квантовые вероятности как байесовские вероятности, Physical Review A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305
[13] А. Басси и Г. Гирарди, Модели динамической редукции, Physics Reports 379, 257 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(03)00103-0
[14] Г. Г. Гирарди, А. Римини и Т. Вебер, Единая динамика для микроскопических и макроскопических систем, Физический обзор D 34, 470 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.470
[15] Р. Пенроуз, О роли гравитации в уменьшении квантового состояния, Общая теория относительности и гравитация 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068
[16] К. Брукнер, О проблеме квантовых измерений (2015 г.), arXiv: 1507.05255 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
Arxiv: 1507.05255
[17] Č. Брукнер, Теорема о запрете для фактов, независимых от наблюдателей, Энтропия 20, 350 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20050350
[18] Э. Г. Кавальканти и Х. М. Уайзман, Последствия нарушения локального дружественного отношения для квантовой причинности, Энтропия 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925
[19] Д. Фраухигер и Р. Реннер, Квантовая теория не может последовательно описать использование самой себя, сообщения Nature 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[20] П.А. Герен, В. Бауманн, Ф. Дель Санто и Ч. Брукнер, Непреодолимая теорема для устойчивой реальности восприятия друзей Вигнера, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[21] Р. Хили, Квантовая теория и пределы объективности, Основы физики 48, 1568 (2018).
https://doi.org/10.1007/s10701-018-0216-6
[22] М. Пройетти, А. Пикстон, Ф. Граффитти, П. Бэрроу, Д. Кундис, К. Бранчард, М. Рингбауэр и А. Федрицци, Экспериментальная проверка независимости местных наблюдателей, Научные достижения 5, eaaw9832 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw9832
[23] М. Жуковский и М. Маркевич, Физика и метафизика друзей Вигнера: даже проведенные предварительные измерения не дают результатов, Physical Review Letters 126, 130402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.130402
[24] Э. Г. Кавальканти, Вид из пузыря Вигнера, Основы физики 51, 1 (2021).
https://doi.org/10.1007/s10701-021-00417-0
[25] К.-В. Бонг, А. Утрерас-Аларкон, Ф. Гафари, Ю.-К. Лян, Н. Тишлер, Э. Г. Кавальканти, Г. Дж. Прайд и Х. М. Уайзман, Сильная отрицательная теорема о парадоксе друга Вигнера, Nature Physics 16, 1199 (2020).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0990-х
[26] З.-П. Сюй, Дж. Стейнберг, Х.К. Нгуен и О. Гюне, Теорема о запрете, основанная на неполной информации Вигнера о его друге (2021 г.), arXiv: 2111.15010 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
Arxiv: 2111.15010
[27] Нурия Нургалиева и Лидия дель Рио, Неадекватность модальной логики в квантовых условиях (2018 г.), arXiv: 1804.01106 [quant-ph].
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.287.16
Arxiv: 1804.01106
[28] Вероника Бауманн, Флавио Дель Санто, Александр Р. Х. Смит, Фламиния Джакомини, Эстебан Кастро-Руис и Каслав Брукнер, Обобщенные правила вероятности из вневременной формулировки сценариев друга Вигнера, Quantum 5, 594 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-08-16-524
[29] Дж. С. Белл, О парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена, Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[30] А. С. Элицур, С. Попеску и Д. Рорлих, Квантовая нелокальность для каждой пары в ансамбле, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] С. Л. Браунштейн и К. М. Кейвс, Улучшение неравенств колокола, Анналы физики 202, 22 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90339-P
А. Файн, Скрытые переменные, совместная вероятность и неравенства Белла, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.48.291
[33] М. Дж. Холл, Локальная детерминистическая модель корреляций синглетных состояний, основанная на релаксирующей независимости измерений, Письма с физическим обзором 105, 250404 (2010a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250404
[34] Р. Чавес, Р. Куенг, Дж. Б. Браск и Д. Гросс, Единая основа для ослабления причинных допущений в теореме Белла, Phys. Преподобный Летт. 114, 140403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
[35] М. Дж. Холл и К. Бранчард, Стоимость зависимости от измерения нелокальности колокола: причинно-следственные и ретрокаузальные модели, Physical Review A 102, 052228 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.052228
[36] Р. Чавес, Г. Морено, Э. Полино, Д. Подерини, И. Агрести, А. Супрано, М. Р. Баррос, Г. Карвачо, Э. Вулф, А. Канабарро, Р. В. Спеккенс и Ф. Шаррино, Причинные сети и свобода выбора в теореме Белла, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040323
[37] С. Попеску и Д. Рорлих, Квантовая нелокальность как аксиома, Основы физики 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[38] М. Фитци, Э. Хэнги, В. Скарани и С. Вольф, Нелокальность n шумных ящиков Попеску-Рорлиха, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 43, 465305 (2010).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/43/46/465305
[39] ND Mermin, Чрезвычайная квантовая запутанность в суперпозиции макроскопически различных состояний, Phys. Rev. Lett. 65, 1838 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838
[40] Н. Бруннер, Д. Кавальканти, С. Пиронио, В. Скарани и С. Венер, Нелокальность Белла, Reviews of Modern Physics 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] MJW Hall, Дополнительный вклад индетерминизма и передачи сигналов в квантовые корреляции, Phys. Ред. А 82, 062117 (2010b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.062117
[42] С. Венер, Оценки Цирельсона для обобщенных неравенств Кластера-Хорна-Шимони-Хольта, Phys. Ред. А 73, 022110 (2006 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022110
[43] Эйнштейн А., Подольский Б. и Розен Н. Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным? Физический обзор 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777
[44] Дж. И. Де Висенте, О нелокальности как теории ресурсов и мерах нелокальности, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 424017 (2014).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/42/424017
[45] SGA Брито, Б. Амарал и Р. Чавес, Количественная оценка нелокальности колокола с помощью расстояния следа, Phys. Ред. А 97, 022111 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022111
[46] Э. Вулф, Д. Шмид, А. Б. Сайнц, Р. Кунджвал и Р. В. Спеккенс, Количественный анализ: ресурсная теория неклассичности блоков общей причины, Quantum 4, 280 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-06-08-280
[47] Дж. Б. Браск и Р. Чавес, Сценарии Белла с общением, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 50, 094001 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aa5840
[48] И. Шупич, Р. Аугусяк, А. Салавракос и А. Ацин, Протоколы самопроверки, основанные на связанных неравенствах Белла, New Journal of Physics 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013
Цитируется
[1] Таис М. Акасио и Кристиано Дуарте, «Анализ предсказаний нейронной сети для самокатализа запутанности», Arxiv: 2112.14565.
Приведенные цитаты из САО / НАСА ADS (последнее обновление успешно 2022-08-26 10:13:55). Список может быть неполным, поскольку не все издатели предоставляют подходящие и полные данные о цитировании.
On Цитируемый сервис Crossref Данные о цитировании работ не найдены (последняя попытка 2022-08-26 10:13:53).
Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.
