1Uluslararası Fizik Enstitüsü, Federal Rio Grande do Norte Üniversitesi, 59078-970, Natal, Brezilya
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brezilya
3Fizik ve Astronomi Okulu, Leeds Üniversitesi, Leeds LS2 9JT, Birleşik Krallık
4Bilim ve Teknoloji Okulu, Rio Grande Federal Üniversitesi do Norte, Natal, Brezilya
Bu makaleyi ilginç mi buldunuz yoksa tartışmak mı istiyorsunuz? SciRate'e çığlık at veya yorum bırak.
Özet
Kötü şöhretli kuantum ölçüm problemi, iki kuantum varsayımını uzlaştırmanın zorluğunu ortaya çıkarır: kapalı kuantum sistemlerinin üniter evrimi ve bir ölçümden sonra dalga fonksiyonunun çökmesi. Bu problematik, üniter evrim ile ölçüm çöküşü arasındaki uyumsuzluğun farklı gözlemciler için çelişkili kuantum tanımlarına yol açtığı, Wigner'ın arkadaşının düşünce deneyinde özellikle vurgulanmıştır. Yakın tarihli bir gitmeme teoremi, genişletilmiş bir Wigner'ın arkadaşı senaryosundan kaynaklanan (kuantum) istatistiklerin, üç zararsız varsayımı, yani süperbelirlenimsizlik, parametre bağımsızlığı ve gözlemlenen olayların mutlaklığı olmak üzere bir arada tutmaya çalışıldığında uyumsuz olduğunu ortaya koymuştur. Bu genişletilmiş senaryoya dayanarak, olayların mutlak olmadığının iki yeni ölçüsünü sunuyoruz. İlki, EPR2 ayrışmasına dayanır ve ikincisi, yukarıda belirtilen gitmeme teoreminde varsayılan mutlaklık hipotezinin gevşetilmesini içerir. Kuantum korelasyonlarının her iki niceleyiciye göre maksimum düzeyde mutlak olmayan olabileceğini kanıtlamak için, zincirlenmiş Bell eşitsizliklerinin (ve bunların gevşemelerinin) aynı zamanda Wigner'ın deneyi için geçerli kısıtlamalar olduğunu gösteriyoruz.
Popüler özet
Sorunu açıklamak için, Macar-Amerikalı fizikçi Eugene Wigner, 1961'de şimdi Wigner'ın arkadaş deneyi olarak adlandırılan hayali bir deney önerdi. Laboratuvarında izole bir gözlemci olan Charlie, iki durumun süperpozisyonunda bir kuantum sistemi üzerinde bir ölçüm gerçekleştirir. Rastgele iki olası ölçüm sonucundan birini elde eder. Buna karşılık, Alice bir süper gözlemci olarak hareket eder ve arkadaşı Charlie'yi, laboratuvarı ve ölçülmekte olan sistemi büyük bir bileşik kuantum sistemi olarak tanımlar. Dolayısıyla, Alice'in bakış açısına göre, arkadaşı Charlie, ölçümünün sonucuyla karışmış, tutarlı bir üst üste binme içinde var olur. Yani, Alice'in bakış açısına göre kuantum durumu, Charlie'nin ölçümünün sonucuyla iyi tanımlanmış bir değeri ilişkilendirmez. Böylece, bu iki betimleme, Alice'in ya da arkadaşı Charlie'ninki, prensipte deneysel olarak karşılaştırılabilecek farklı sonuçlara yol açar. Biraz garip gelebilir ama sorun burada yatıyor: kuantum mekaniği bize klasik ve kuantum dünyaları arasındaki çizgiyi nereye çekeceğimizi söylemiyor. Prensip olarak Schrödinger denklemi, kediler ve insan arkadaşlar gibi makroskopik nesnelerin yanı sıra atomlar ve elektronlar için de geçerlidir. Teorideki hiçbir şey bize üniter evrimler veya ölçüm operatörlerinin formalizmi yoluyla neyin analiz edileceğini söylemez.
Şimdi, Alice ve Bob tarafından tanımlanan, her birinin kendi arkadaşları Charlie ve Debbie'yi içeren kendi laboratuvarlarını ve ölçtükleri sistemleri ölçen iki süper gözlemciyi hayal edersek, Alice ve Bob tarafından elde edilen istatistiklerin klasik olması gerekir, yani öyle olmaması gerekir. herhangi bir Bell eşitsizliğini ihlal edebilir. Ne de olsa, ölçüm varsayımına göre, Charlie ve Debbie ölçümlerini yaptıklarında sistemin tüm klasik olmama özelliğinin ortadan kalkması gerekirdi. Matematiksel olarak, bu durumu bir dizi hipotezle açıklayabiliriz. İlk hipotez, olayların mutlaklığıdır (AoE). Bir Bell deneyinde olduğu gibi, deneysel erişimimiz olan şey olasılık dağılımı p(a,b|x,y), yani Alice ve Bob'un belirli bir gözlemlenebiliri ölçtükleri düşünülürse ölçüm sonuçlarıdır. Ancak, gözlemciler tarafından yapılan ölçümler gerçekten mutlak olaylarsa, bu gözlemlenebilir olasılık, Charlie ve Debbie'nin ölçüm sonuçlarının da tanımlanabileceği ortak bir olasılıktan gelmelidir. AoE, ölçüm bağımsızlığı ve sinyal vermeme varsayımlarıyla birleştirildiğinde, deneysel olarak test edilebilir kısıtlamalara, kuantum korelasyonları tarafından ihlal edilen Bell eşitsizliklerine yol açar, böylece kuantum teorisinin bu tür varsayımların birleşimiyle uyumsuzluğunu kanıtlar.
Bu yazıda, AoE varsayımını gevşetebileceğimizi ve yine de karşılık gelen Bell eşitsizliklerinin kuantum ihlallerini elde edebileceğimizi gösteriyoruz. AoE'nin gevşemesini ölçmek için iki farklı ve tamamlayıcı yöntemi göz önünde bulundurarak, böyle bir deney için kuantum tahminlerini yeniden üretmek için bir gözlemciden ve bir süper gözlemciden gelen tahminlerin ne kadar uyuşmaması gerektiğini ölçeriz. Aslında, kanıtladığımız gibi, kuantum mekaniğinin izin verdiği olası bağıntıları yeniden oluşturmak için, Alice ve Charlie'nin veya Bob ve Debbie'nin ölçüm sonuçlarının tamamen ilintisiz olduğu duruma karşılık gelen bu sapmanın maksimum olması gerekir. Başka bir ifadeyle, kuantum teorisi, maksimum düzeyde mutlak olmayan olaylara izin verir.
► BibTeX verileri
► Referanslar
[1] EP Wigner, Ölçüm sorunu, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1969254
[2] M. Schlosshauer, Eşevresizlik, ölçüm problemi ve kuantum mekaniğinin yorumları, Modern fizik İncelemeleri 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267
[3] MF Pusey, Tutarsız bir arkadaş, Nature Physics 14, 977–978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7
[4] EP Wigner, Zihin-beden sorusu üzerine açıklamalar, Felsefi yansımalar ve sentezlerde (Springer, 1995) s. 247–260.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[5] H. Everett, kuantum mekaniğinin “Göreceli durum” formülasyonu, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics , 141 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056-003
[6] D. Bohm ve J. Bub, Kuantum mekaniğindeki ölçüm probleminin gizli değişken teorisiyle önerilen bir çözümü, Review of Modern Physics 38, 453 (1966).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.38.453
[7] S. Hossenfelder ve T. Palmer, Rethinking superdeterminism, Frontiers in Physics 8, 139 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2020.00139
[8] G. Hooft, Kuantum mekaniğinde özgür irade varsayımı, arXiv ön baskı quant-ph/0701097 (2007).
https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
arXiv: kuant-ph / 0701097
[9] H. Price, Geriye dönük nedensellik için oyuncak modelleri, Bilim Tarihi ve Felsefesi Çalışmaları Bölüm B: Modern Fizik Tarihi ve Felsefesi Çalışmaları 39, 752 (2008).
https:///doi.org/10.1016/j.shpsb.2008.05.006
[10] HP Stapp, Kopenhag yorumu, Amerikan fizik dergisi 40, 1098 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1986768
[11] C. Rovelli, İlişkisel kuantum mekaniği, Uluslararası Teorik Fizik Dergisi 35, 1637 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02302261
[12] CM Caves, CA Fuchs ve R. Schack, Kuantum olasılıkları as bayes olasılıkları, Fiziksel inceleme A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305
[13] A. Bassi ve G. Ghirardi, Dinamik indirgeme modelleri, Fizik Raporları 379, 257 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(03)00103-0
[14] GC Ghirardi, A. Rimini ve T. Weber, Mikroskobik ve makroskopik sistemler için birleşik dinamikler, Fiziksel inceleme D 34, 470 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.470
[15] R. Penrose, Yerçekiminin kuantum durumu indirgemesindeki rolü üzerine, Genel görelilik ve yerçekimi 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068
[16] C. Brukner, Kuantum ölçüm problemi üzerine (2015), arXiv:1507.05255 [quant-ph].
https://doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
arXiv: 1507.05255
[17] C. Brukner, A no-go teorem for gözlemciden bağımsız gerçekler, Entropy 20, 350 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20050350
[18] EG Cavalcanti ve HM Wiseman, Kuantum nedenselliği için yerel uyumluluk ihlalinin sonuçları, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925
[19] D. Frauchiger ve R. Renner, Kuantum teorisi kendi kullanımını tutarlı bir şekilde tanımlayamaz, Nature iletişimleri 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[20] PA Guérin, V. Baumann, F. Del Santo ve Č. Brukner, Wigner'ın arkadaşlarının algısının kalıcı gerçekliği için bir no-go teoremi, Communications Physics 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[21] R. Healey, Kuantum teorisi ve nesnelliğin sınırları, Fiziğin Temelleri 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 ve A. Fedrizzi, Deneysel yerel gözlemci bağımsızlığı testi, Science advances 5, eaaw9832 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw9832
[23] M. Żukowski ve M. Markiewicz, Physics and metaphysics of Wigner's friends: Gerçekleştirilen ön ölçümlerin bile sonucu yok, 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 ve HM Wiseman, Wigner'ın arkadaş paradoksu üzerine güçlü bir no-go teoremi, Nature Physics 16, 1199 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0990-x
[26] Z.-P. Xu, J. Steinberg, HC Nguyen ve O. Gühne, Wigner'ın arkadaşı hakkındaki eksik bilgilerine dayanan no-go teoremi (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https://doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010
[27] Nuriya Nurgalieva ve Lídia del Rio, Kuantum Ayarlarında Modal Mantığın Yetersizliği (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 ve Caslav Brukner, Wigner'ın arkadaş senaryolarının zamansız bir formülasyonundan genelleştirilmiş olasılık kuralları, Quantum 5, 594 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-08-16-524
[29] JS Bell, Einstein podolsky rosen paradoksu üzerine, Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[30] AC Elitzur, S. Popescu ve D. Rohrlich, Bir topluluktaki her çift için Kuantum yerelsizliği, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] SL Braunstein ve CM Caves, Daha iyi çan eşitsizliklerini sıkmak, Annals of Physics 202, 22 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90339-P
A. Fine, Gizli değişkenler, ortak olasılık ve çan eşitsizlikleri, Physical Review Letters 48, 291 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.48.291
[33] MJ Hall, Rahatlatıcı ölçüm bağımsızlığına dayalı tekli durum korelasyonlarının yerel deterministik modeli, Physical derleme mektupları 105, 250404 (2010a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250404
[34] R. Chaves, R. Kueng, JB Brask ve D. Gross, Bell teoremindeki nedensel varsayımların gevşetilmesi için birleştirici çerçeve, Phys. Rahip Lett. 114, 140403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
[35] MJ Hall ve C. Branciard, Bell yerelsizliği için ölçüm bağımlılığı maliyeti: Nedensel ve 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 ve F. Sciarrino, Nedensel ağlar ve bell teoreminde seçim özgürlüğü, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040323
[37] S. Popescu ve D. Rohrlich, Bir aksiyom olarak Kuantum yerelsizlik, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[38] M. Fitzi, E. Hänggi, V. Scarani ve S. Wolf, The non-locality of n noise 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, Makroskopik olarak farklı durumların üst üste binmesinde aşırı kuantum dolaşıklığı, Phys. Rahip Lett. 65, 1838 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani ve S. Wehner, Bell nonlocality, Review of Modern Physics 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] MJW Hall, İndeterminizm ve sinyalleşmenin kuantum korelasyonlarına tamamlayıcı katkıları, Phys. A 82, 062117 (2010b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.062117
[42] S. Wehner, genelleştirilmiş madde-horne-shimony-holt eşitsizlikleri için Tsirelson sınırları, Phys. A 73, 022110 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022110
[43] A. Einstein, B. Podolsky ve N. Rosen, Fiziksel gerçekliğin kuantum-mekanik tanımı tamamlanmış sayılabilir mi?, Physical Review 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777
[44] JI De Vicente, Bir kaynak teorisi olarak yerel olmama ve yerel olmama ölçüleri üzerine, 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 ve R. Chaves, İz mesafesiyle çan yerel olmama durumunu nicelleştirme, Phys. A 97, 022111 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022111
[46] E. Wolfe, D. Schmid, AB Sainz, R. Kunjwal ve RW Spekkens, Nicelleştirme çanı: Ortak neden kutularının klasik olmayanlığının kaynak teorisi, Quantum 4, 280 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-06-08-280
[47] JB Brask ve R. Chaves, İletişim ile Bell senaryoları, 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 ve A. Acín, Zincirleme Bell eşitsizliklerine dayalı kendi kendini test etme protokolleri, New Journal of Physics 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013
Alıntılama
[1] Thaís M. Acácio ve Cristiano Duarte, "Analysis of Neural Network Predictions for Entanglement Self-Catalysis", arXiv: 2112.14565.
Yukarıdaki alıntılar SAO / NASA REKLAMLARI (son başarıyla 2022-08-26 10:13:55) güncellendi. Tüm yayıncılar uygun ve eksiksiz alıntı verisi sağlamadığından liste eksik olabilir.
On Crossref'in alıntı yaptığı hizmet alıntı yapma çalışmaları ile ilgili veri bulunamadı (son deneme 2022-08-26 10:13:53).
Bu Makale, Quantum'da Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası (CC BY 4.0) lisans. Telif hakkı, yazarlar veya kurumları gibi orijinal telif hakkı sahiplerine aittir.
