1Міжнародний інститут фізики, Федеральний університет Ріо-Гранде-ду-Норті, 59078-970, Натал, Бразилія
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brazil
3Школа фізики та астрономії, Університет Лідса, Лідс LS2 9JT, Великобританія
4Школа науки і технологій Федерального університету Ріо-Гранді-ду-Норті, Натал, Бразилія
Вам цей документ цікавий чи ви хочете обговорити? Скайте або залиште коментар на SciRate.
абстрактний
Горезвісна проблема квантового вимірювання виявляє труднощі узгодження двох квантових постулатів: унітарної еволюції замкнутих квантових систем і колапсу хвильової функції після вимірювання. Ця проблема особливо підкреслюється в уявному експерименті друга Вігнера, де невідповідність між унітарною еволюцією та колапсом вимірювань призводить до суперечливих квантових описів для різних спостерігачів. Нещодавня теорема заборони встановила, що (квантова) статистика, яка випливає з розширеного сценарію друга Вігнера, є несумісною, якщо спробувати об’єднати три нешкідливі припущення, а саме відсутність супердетермінізму, незалежність параметрів і абсолютність спостережуваних подій. Спираючись на цей розширений сценарій, ми запроваджуємо два нові показники неабсолютності подій. Перший базується на розкладі EPR2, а другий передбачає пом’якшення гіпотези про абсолютність, яка передбачається у вищезгаданій теоремі про заборону. Щоб довести, що квантові кореляції можуть бути максимально неабсолютними відповідно до обох кванторів, ми показуємо, що ланцюгові нерівності Белла (та їх послаблення) також є дійсними обмеженнями для експерименту Вігнера.
Популярне резюме
Щоб проілюструвати цю проблему, у 1961 році американський фізик угорсько-американського походження Юджин Вігнер запропонував уявний експеримент, який зараз називається експериментом друга Вігнера. Чарлі, ізольований спостерігач у своїй лабораторії, проводить вимірювання квантової системи в суперпозиції двох станів. Він випадковим чином отримує один із двох можливих результатів вимірювання. Навпаки, Аліса діє як суперспостерігач і описує свого друга Чарлі, лабораторію та вимірювану систему як велику складну квантову систему. Отже, з точки зору Аліси, її друг Чарлі існує в узгодженій суперпозиції, заплутавшись із результатом його вимірювання. Тобто, з точки зору Аліси, квантовий стан не пов’язує чітко визначене значення з результатом вимірювання Чарлі. Таким чином, ці два описи, опис Аліси або її друга Чарлі, призводять до різних результатів, які в принципі можна порівняти експериментально. Це може здатися трохи дивним, але ось проблема: квантова механіка не говорить нам, де провести межу між класичним і квантовим світами. В принципі, рівняння Шредінгера застосовується до атомів та електронів, а також до макроскопічних об’єктів, таких як коти та друзі людини. Ніщо в теорії не говорить нам про те, що потрібно аналізувати за допомогою унітарних еволюцій або формалізму операторів вимірювання.
Якщо тепер уявити собі двох суперспостерігачів, описаних Алісою та Бобом, кожен із яких вимірює свою власну лабораторію, де містяться їхні відповідні друзі, Чарлі та Деббі та системи, які вони вимірюють, статистика, отримана Алісою та Бобом, має бути класичною, тобто не повинна мати можливість порушити будь-яку нерівність Белла. Зрештою, згідно з постулатом вимірювань, уся некласичність системи мала бути знищена, коли Чарлі та Деббі виконували свої вимірювання. Математично ми можемо описати цю ситуацію набором гіпотез. Перша гіпотеза — абсолютність подій (AoE). Як і в експерименті Белла, ми маємо експериментальний доступ до розподілу ймовірностей p(a,b|x,y), результатів вимірювань Аліси та Боба, враховуючи, що вони вимірювали певну спостережувану величину. Але якщо вимірювання, зроблені спостерігачами, справді є абсолютними подіями, то ця спостережувана ймовірність повинна виходити із спільної ймовірності, за якою також можна визначити результати вимірювань Чарлі та Деббі. У поєднанні з припущеннями про незалежність вимірювань і відсутність сигналів AoE призводить до експериментально перевірених обмежень, нерівностей Белла, які порушуються квантовими кореляціями, таким чином доводячи несумісність квантової теорії з поєднанням таких припущень.
У цій статті ми показуємо, що ми можемо послабити припущення AoE і все одно отримати квантові порушення відповідних нерівностей Белла. Розглядаючи два різних і взаємодоповнюючих способи кількісної оцінки релаксації AoE, ми кількісно визначаємо, наскільки прогнози спостерігача та суперспостерігача мають розходитися, щоб відтворити квантові прогнози для такого експерименту. Насправді, як ми доводимо, для відтворення можливих кореляцій, дозволених квантовою механікою, це відхилення має бути максимальним, відповідаючи випадку, коли результати вимірювань Аліси та Чарлі або Боба та Деббі абсолютно некорельовані. Іншими словами, квантова теорія допускає максимально неабсолютні події.
► Дані BibTeX
► Список літератури
[1] E. P. Wigner, Проблема вимірювання, American Journal of Physics 31, 6 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1969254
[2] М. Шлосшауер, Декогеренція, проблема вимірювання та інтерпретації квантової механіки, Огляди сучасної фізики 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267
[3] M. F. Pusey, Непослідовний друг, Nature Physics 14, 977–978 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0293-7
[4] EP Wigner, Remarks on the mind-body question, in Philosophical refleksions and syntheses (Springer, 1995) pp. 247–260.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20
[5] Г. Еверетт, «Відносний стан» формулювання квантової механіки, The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 141 (2015).
https:///doi.org/10.1515/9781400868056-003
[6] Д. Бом і Дж. Буб, Пропоноване вирішення проблеми вимірювання в квантовій механіці за допомогою теорії прихованої змінної, Огляди сучасної фізики 38, 453 (1966).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.38.453
[7] С. Хоссенфельдер і Т. Палмер, Переосмислення супердетермінізму, Frontiers in Physics 8, 139 (2020).
https:///doi.org/10.3389/fphy.2020.00139
[8] Г. Хоофт, Постулат вільної волі в квантовій механіці, препринт arXiv quant-ph/0701097 (2007).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0701097
arXiv: quant-ph / 0701097
[9] Г. Прайс, Іграшкові моделі для ретрокаузальності, Дослідження з історії та філософії науки, частина B: Дослідження з історії та філософії сучасної фізики 39, 752 (2008).
https:///doi.org/10.1016/j.shpsb.2008.05.006
[10] HP Stapp, Копенгагенська інтерпретація, American journal of physics 40, 1098 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1986768
[11] К. Ровеллі, Реляційна квантова механіка, Міжнародний журнал теоретичної фізики 35, 1637 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02302261
[12] C. M. Caves, C. A. Fuchs і R. Schack, Квантові ймовірності як байєсовські ймовірності, Physical review A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305
[13] А. Бассі та Г. Жірарді, Динамічні моделі зменшення, Physics Reports 379, 257 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(03)00103-0
[14] GC Ghirardi, A. Rimini, and T. Weber, Unified dynamics for microscopic and macroscopic systems, Physical review D 34, 470 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.470
[15] Р. Пенроуз, Про роль гравітації в квантовій редукції стану, Загальна теорія відносності та гравітація 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068
[16] К. Брукнер, Про проблему квантового вимірювання (2015), arXiv:1507.05255 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1507.05255
arXiv: 1507.05255
[17] Ч. Брукнер, Теорема заборони для фактів, незалежних від спостерігача, Ентропія 20, 350 (2018).
https:///doi.org/10.3390/e20050350
[18] E. G. Cavalcanti і H. M. Wiseman, Наслідки порушення локальної зручності для квантової причинності, Entropy 23, 10.3390/e23080925 (2021).
https:///doi.org/10.3390/e23080925
[19] D. Frauchiger і R. Renner, Квантова теорія не може послідовно описати використання себе, Nature Communications 9, 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8
[20] П. А. Герен, В. Бауманн, Ф. Дель Санто, Ч. Брукнер, Теорема заборони для постійної реальності сприйняття друзів Вігнера, Фізика комунікацій 4, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1
[21] Р. Хілі, Квантова теорія та межі об’єктивності, Основи фізики 48, 1568 (2018).
https://doi.org/10.1007/s10701-018-0216-6
[22] М. Пройетті, А. Пікстон, Ф. Графітті, П. Барроу, Д. Кундіс, К. Бранчіард, М. Рінгбауер та А. Федріцці, Експериментальний тест незалежності місцевих спостерігачів, Наукові досягнення 5, eaaw9832 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw9832
[23] M. Żukowski та M. Markiewicz, Фізика та метафізика друзів Вігнера: Навіть проведені попередні вимірювання не мають результатів, Physical Review Letters 126, 130402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.130402
[24] E. G. Cavalcanti, Вигляд з міхура Вігнера, Основи фізики 51, 1 (2021).
https://doi.org/10.1007/s10701-021-00417-0
[25] К.-В. Бонг, А. Утрерас-Аларкон, Ф. Гафарі, Ю.-К. Лян, Н. Тішлер, Е. Г. Кавальканті, Г. Дж. Прайд і Г. М. Уайзмен, Сильна теорема заборони щодо парадоксу друга Вігнера, Nature Physics 16, 1199 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0990-x
[26] З.-П. Xu, J. Steinberg, H. C. Nguyen та O. Gühne, No-go теорема на основі неповної інформації Вігнера про його друга (2021), arXiv:2111.15010 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2111.15010
arXiv: 2111.15010
[27] Нурія Нургалієва та Лідія дель Ріо, Неадекватність модальної логіки в квантових налаштуваннях (2018), arXiv:1804.01106 [quant-ph].
https:///doi.org/10.4204/EPTCS.287.16
arXiv: 1804.01106
[28] Вероніка Бауманн, Флавіо Дель Санто, Олександр Р. Х. Сміт, Фламінія Джакоміні, Естебан Кастро-Руїс і Каслав Брукнер, Узагальнені ймовірнісні правила з позачасової формулювання сценаріїв друзів Вігнера, Квант 5, 594 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-08-16-524
[29] J. S. 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 та D. Rohrlich, Квантова нелокальність для кожної пари в ансамблі, Physics Letters A 162, 25 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90952-I
[31] S. L. Braunstein and C. M. Caves, Wringing out better bell neequalities, 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] M. J. Hall, Локальна детерміністична модель кореляції синглетного стану на основі розслаблюючої незалежності вимірювання, Physical review letters 105, 250404 (2010a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250404
[34] Р. Чавес, Р. Куенг, Дж. Б. Браск і Д. Гросс, Уніфікуюча основа для послаблення причинних припущень у теоремі Белла, Phys. Преподобний Летт. 114, 140403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
[35] MJ Hall and C. Branciard, Measurement-dependence cost for bell nonlocality: Causal versus retrocausal models, Physical Review A 102, 052228 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.052228
[36] Р. Чавес, Г. Морено, Е. Поліно, Д. Подеріні, І. Агресті, А. Супрано, М. Р. Баррос, Г. Карвачо, Е. Вульф, А. Канабарро, Р. В. Спеккенс і Ф. Скіарріно, Причинно-наслідкові мережі та свобода вибору в теоремі Белла, PRX Quantum 2, 040323 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040323
[37] С. Попеску та Д. Рорліх, Квантова нелокальність як аксіома, Основи фізики 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[38] M. Fitzi, E. Hänggi, V. Scarani та 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, Екстремальна квантова заплутаність у суперпозиції макроскопічно різних станів, Phys. Преподобний Летт. 65, 1838 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838
[40] Н. Бруннер, Д. Кавальканті, С. Піроніо, В. Скарані та С. Венер, Нелокальність Белла, Огляди сучасної фізики 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] M. J. W. Hall, Додатковий внесок індетермінізму та сигналізації в квантові кореляції, Phys. Rev. A 82, 062117 (2010b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.062117
[42] S. Wehner, Tsirelson bounds for generalized Klauser-Horne-Shimony-Holt neequalities, Phys. Rev. A 73, 022110 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022110
[43] А. Ейнштейн, Б. Подольський і Н. Розен, Чи можна вважати квантово-механічний опис фізичної реальності повним?, Physical review 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777
[44] J. I. De Vicente, Про нелокальність як теорію ресурсів і міри нелокальності, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 424017 (2014).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/42/424017
[45] S. G. A. Brito, B. Amaral і R. Chaves, Кількісна оцінка нелокальності дзвона за допомогою відстані сліду, Phys. Rev. A 97, 022111 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022111
[46] E. Wolfe, D. Schmid, AB Sainz, R. Kunjwal, and 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] Дж. Б. Браск і Р. Чавес, Сценарії Белла з комунікацією, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 50, 094001 (2017).
https:///doi.org/10.1088/1751-8121/aa5840
[48] І. Шупіч, Р. Аугусіак, А. Салавракос і А. Асін, Протоколи самоперевірки на основі ланцюжкових нерівностей Белла, Новий журнал фізики 18, 035013 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035013
Цитується
[1] Таїс М. Акасіо та Крістіано Дуарте, «Аналіз прогнозів нейронної мережі для самокаталізу заплутаності», arXiv: 2112.14565.
Вищезазначені цитати від SAO / NASA ADS (останнє оновлення успішно 2022-08-26 10:13:55). Список може бути неповним, оскільки не всі видавці надають відповідні та повні дані про цитування.
On Служба, на яку посилається Crossref даних про цитування робіт не знайдено (остання спроба 2022-08-26 10:13:53).
Ця стаття опублікована в Quantum під Creative Commons Attribution 4.0 International (CC на 4.0) ліцензія. Авторське право залишається за оригінальними власниками авторських прав, такими як автори або їх установи.
