1International Institute of Physics, Federal University of Rio Grande do Norte, 59078-970, Natal, Brasilien
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brasilien
3School of Physics and Astronomy, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, Storbritannien
4School of Science and Technology, Federal University of Rio Grande do Norte, Natal, Brasilien
Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.
Abstrakt
Det ökända kvantmätningsproblemet visar på svårigheten att förena två kvantpostulat: den enhetliga utvecklingen av slutna kvantsystem och vågfunktionens kollaps efter en mätning. Denna problematik lyfts särskilt fram i Wigners vän-tankeexperimentet, där obalansen mellan enhetlig evolution och mätningskollaps leder till motstridiga kvantbeskrivningar för olika observatörer. En färsk no-go-sats har fastställt att (kvant)statistiken som härrör från ett utökat Wigners vänscenario är oförenligt när man försöker hålla ihop tre ofarliga antaganden, nämligen no-superdeterminism, parameteroberoende och absoluta observerade händelser. Med utgångspunkt i detta utökade scenario introducerar vi två nya mått på händelsers icke-absoluta händelser. Den första är baserad på EPR2-sönderdelningen, och den andra involverar relaxeringen av absolutitetshypotesen som antas i ovannämnda no-go-sats. För att bevisa att kvantkorrelationer kan vara maximalt icke-absoluta enligt båda kvantifierarna, visar vi att kedjade Bell-ojämlikheter (och relaxationer därav) också är giltiga begränsningar för Wigners experiment.
Populär sammanfattning
För att illustrera problemet föreslog den ungersk-amerikanske fysikern Eugene Wigner 1961 ett tänkt experiment, nu kallat Wigners vänexperiment. Charlie, en isolerad observatör i sitt laboratorium, utför en mätning på ett kvantsystem i en överlagring av två tillstånd. Han får slumpmässigt ett av två möjliga mätresultat. Däremot agerar Alice som en superobservatör, och beskriver hennes vän Charlie, laboratoriet och systemet som mäts som ett stort sammansatt kvantsystem. Så, från Alices perspektiv, existerar hennes vän Charlie i en sammanhängande superposition, intrasslad med resultatet av hans mätning. Det vill säga, från Alices synvinkel associerar inte kvanttillståndet ett väldefinierat värde med resultatet av Charlies mätning. Således leder dessa två beskrivningar, den av Alice eller den av hennes vän Charlie, till olika resultat, som i princip skulle kunna jämföras experimentellt. Det kan tyckas lite konstigt, men här ligger problemet: kvantmekaniken talar om för oss inte var vi ska dra gränsen mellan den klassiska och kvantvärlden. I princip gäller Schrödinger-ekvationen såväl atomer och elektroner som makroskopiska föremål som katter och människovänner. Ingenting i teorin säger oss vad som ska analyseras genom enhetliga evolutioner eller formalismen hos mätoperatorer.
Om vi nu föreställer oss två superobservatörer, beskrivna av Alice och Bob, var och en av dem mäter sitt eget laboratorium som innehåller sina respektive vänner, Charlie och Debbie och de system de mäter, bör statistiken som Alice och Bob erhåller vara klassisk, det vill säga inte kunna bryta mot eventuell Bell-ojämlikhet. När allt kommer omkring, enligt mätpostulatet, borde all icke-klassicitet i systemet ha släckts när Charlie och Debbie utförde sina mätningar. Matematiskt kan vi beskriva denna situation med en uppsättning hypoteser. Den första hypotesen är händelsernas absoluthet (AoE). Som i ett Bell-experiment, vad vi har experimentell tillgång till är sannolikhetsfördelningen p(a,b|x,y), mätresultaten för Alice och Bob, givet att de mätte en viss observerbar. Men om mätningar gjorda av observatörer verkligen är absoluta händelser, så borde denna observerbara sannolikhet komma från en gemensam sannolikhet där Charlie och Debbies mätresultat också kan definieras. I kombination med antaganden om mätoberoende och ingen signalering, leder AoE till experimentellt testbara begränsningar, Bell-ojämlikheter som kränks av kvantkorrelationer, vilket bevisar inkompatibiliteten hos kvantteorin med kombinationen av sådana antaganden.
I detta dokument visar vi att vi kan slappna av AoE-antagandet och fortfarande få kvantöverträdelser av motsvarande Bell-ojämlikheter. Genom att överväga två olika och komplementära sätt att kvantifiera avslappningen av AoE, kvantifierar vi hur mycket förutsägelserna från en observatör och en superobservatör borde vara oense för att kunna reproducera kvantförutsägelserna för ett sådant experiment. I själva verket, som vi bevisar, för att reproducera de möjliga korrelationerna som tillåts av kvantmekaniken, måste denna avvikelse vara maximal, vilket motsvarar fallet där mätresultaten från Alice och Charlie eller Bob och Debbie är helt okorrelerade. Med andra termer tillåter kvantteorin maximalt icke-absoluta händelser.
► BibTeX-data
► Referenser
[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, mätproblemet och kvantmekanikens tolkningar, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267
[3] MF Pusey, En inkonsekvent vän, Nature Physics 14, 977–978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7
[4] EP Wigner, Remarks on the mind-body question, i 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 kvantmekanik, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https: / ⠀ </ ⠀ <doi.org/†<10.1515 / ⠀ <9781400868056 till 003
[6] D. Bohm och J. Bub, En föreslagen lösning av mätproblemet inom kvantmekaniken genom en teori om dold variabel, Reviews of Modern Physics 38, 453 (1966).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.38.453
[7] S. Hossenfelder och 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: kvant-ph / 0701097
[9] H. Price, Toy models for retrocausality, Studies in History and Philosophy of Science Del 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, Relationell kvantmekanik, International Journal of Theoretical Physics 35, 1637 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02302261
[12] CM Caves, CA Fuchs och R. Schack, Quantum probabilities as bayesian probabilities, Physical review A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305
[13] A. Bassi och G. Ghirardi, Dynamiska reduktionsmodeller, Physics Reports 379, 257 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(03)00103-0
[14] GC Ghirardi, A. Rimini och 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, En no-go-sats för observatörsoberoende fakta, Entropy 20, 350 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20050350
[18] EG Cavalcanti och HM Wiseman, Implikationer av brott mot lokal vänlighet för kvantkausalitet, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925
[19] D. Frauchiger och R. Renner, kvantteorin kan inte konsekvent beskriva användningen av sig själv, Nature communications 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[20] PA Guérin, V. Baumann, F. Del Santo och Č. Brukner, A no-go theorem for the persistent reality of Wigners friends perception, 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 och A. Fedrizzi, Experimentell test av lokal observatörs oberoende, Science advances 5, eaaw9832 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw9832
[23] M. Żukowski och M. Markiewicz, Physics and metaphysics of Wigners vänner: Även utförda förmätningar har inga resultat, Physical Review Letters 126, 130402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.130402
[24] EG Cavalcanti, Utsikten från en Wigner-bubbla, 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 och HM 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 och O. Gühne, No-go-sats baserat på ofullständig information från Wigner om hans vän (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010
[27] Nuriya Nurgalieva och 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 och Caslav Brukner, Generaliserade sannolikhetsregler från en tidlös formulering av Wigners vänscenarier, 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 och D. Rohrlich, Quantum nonlocality för varje par i en ensemble, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] SL Braunstein och 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, Hidden variables, joint probability, and the bell inequalities, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.48.291
[33] MJ Hall, Lokal deterministisk modell av singletttillståndskorrelationer baserad på avslappnande mätoberoende, Physical review letters 105, 250404 (2010a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250404
[34] R. Chaves, R. Kueng, JB Brask och D. Gross, Unifying framework for relaxations of the causal antaganden i Bell's theorem, Phys. Rev. Lett. 114, 140403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
[35] MJ Hall och C. Branciard, Mätberoende kostnad för klocka icke-lokalitet: Causal kontra retrocausal 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, MR Barros, G. Carvacho, E. Wolfe, A. Canabarro, RW Spekkens och F. Sciarrino, Causal networks och valfrihet i bell's theorem, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040323
[37] S. Popescu och 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 och 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, Extrem kvantförtrassling i en superposition av makroskopiskt distinkta tillstånd, Phys. Pastor Lett. 65, 1838 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani och S. Wehner, Bell nonlocality, Reviews of Modern Physics 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] MJW Hall, Kompletterande bidrag av indeterminism och signalering till kvantkorrelationer, Phys. Rev. A 82, 062117 (2010b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.062117
[42] S. Wehner, Tsirelson gränsar för generaliserade clauser-horne-shimony-holt ojämlikheter, Phys. Rev. A 73, 022110 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022110
[43] A. Einstein, B. Podolsky och N. Rosen, Kan en kvantmekanisk beskrivning av den fysiska verkligheten anses vara fullständig?, Physical review 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777
[44] JI De Vicente, Om icke-lokalitet som resursteori och icke-lokalitetsmått, 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 och R. Chaves, Kvantifiering av klocka icke-lokalitet med spåravstånd, Phys. Rev. A 97, 022111 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022111
[46] E. Wolfe, D. Schmid, AB Sainz, R. Kunjwal och 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 och R. Chaves, Bell scenarier med kommunikation, 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 och A. Acín, Självtestningsprotokoll baserade på de kedjade Bell inequalities, New Journal of Physics 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013
Citerad av
[1] Thaís M. Acácio och Cristhiano Duarte, "Analysis of Neural Network Predictions for Entanglement Self-Catalysis", arXiv: 2112.14565.
Ovanstående citat är från SAO / NASA ADS (senast uppdaterad framgångsrikt 2022-08-26 10:13:55). Listan kan vara ofullständig eftersom inte alla utgivare tillhandahåller lämpliga och fullständiga citatdata.
On Crossrefs citerade service Inga uppgifter om citerande verk hittades (sista försök 2022-08-26 10:13:53).
Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.
