До теорії вимірювання в QFT: «Неможливі» квантові вимірювання можливі, але не ідеальні

До теорії вимірювання в QFT: «Неможливі» квантові вимірювання можливі, але не ідеальні

Мітка часу: 27 лютого 2024 5:27
Вихідний вузол: 2497815

Ніколас Гісін і Флавіо Дель Санто

Група прикладної фізики, Женевський університет, 1211 Женева, Швейцарія
Constructor University, Женева, Швейцарія

Вам цей документ цікавий чи ви хочете обговорити? Скайте або залиште коментар на SciRate.

абстрактний

Наївні спроби поєднати теорію відносності та квантові вимірювання призводять до передачі сигналів між просторово розділеними областями. У QFT вони відомі як $textit{неможливі вимірювання}$. Ми показуємо, що та сама проблема виникає в нерелятивістській квантовій фізиці, де спільні нелокальні вимірювання (тобто між системами, які зберігаються просторово розділеними) загалом призводять до сигналізації, тоді як можна було б очікувати відсутність сигналізації (на основі, наприклад, принципу $textit{ не-нефізичного спілкування}$). Це викликає питання: які нелокальні квантові вимірювання фізично можливі? Ми розглядаємо та розвиваємо далі нерелятивістський квантовий інформаційний підхід, розроблений незалежно від неможливих вимірювань у QFT, і показуємо, що ці два вирішували практично ту саму проблему. Нерелятивістське рішення показує, що всі нелокальні вимірювання є $локалізованими$ (тобто їх можна виконувати на відстані без порушення сигналізації), але вони (i) можуть вимагати довільно великих заплутаних ресурсів і (ii) загалом не можуть бути $ідеальні$, тобто не відразу відтворюються. Ці міркування можуть допомогти розробити повну теорію вимірювання в QFT.

Представлене зображення: «Неможливі вимірювання» також є проблемою нерелятивістської квантової фізики. Однак, використовуючи заплутані стани як ресурси, можна виконувати нелокальні вимірювання, не порушуючи відсутність сигналів. Проте ці вимірювання не можуть бути ідеальними.

Популярне резюме

Наївні спроби об'єднати теорію відносності з квантовими вимірюваннями теоретично призводять до миттєвого зв'язку між віддаленими регіонами. Ця робота показує, що така проблема, відома в квантовій теорії поля (QFT) як «неможливі вимірювання», також виникає в нерелятивістській квантовій фізиці, де певні спільні вимірювання на просторово розділених системах можуть уможливити передачу сигналів, навіть якщо між ними не рухається фізичний носій. сторони.
Дослідження нерелятивістської квантової інформації йдуть паралельно з дилемами, які спостерігаються в QFT, що свідчить про загальну основну проблему. Вирішальне питання полягає в тому, щоб визначити, які нелокальні (тобто виконані на двох або більше системах без їх розміщення в одному місці) квантові вимірювання є здійсненними без порушення принципу відсутності сигналів. Виявляється, що нелокальні вимірювання можна проводити без порушення режиму відсутності сигналів, але вони не завжди можуть бути ідеальними (тобто їх неможливо повністю повторити відразу). Крім того, вони можуть виконуватися за рахунок використання додаткових заплутаних станів як ресурсів.
Ці ідеї є ключовими для вдосконалення нашого розуміння квантових вимірювань як у нерелятивістських умовах, так і в QFT, підштовхуючи нас ближче до єдиної теорії квантових вимірювань.

► Дані BibTeX

► Список літератури

[1] Лев Ландау і Рудольф Паєрлс. “Erweiterung des Unbestimmtheitsprinzips für die relativistische Quantentheorie”. Zeitschrift für Physik 69, 56–69 (1931).

[2] Пол Артур Шилп. “Бібліотека живих філософів, том 7. Альберт Ейнштейн: Філософ-вчений”. Видавнича компанія «Тюдор». (1949).

[3] К. Е. Хельвіг і К. Краус. “Формальний опис вимірювань у локальній квантовій теорії поля”. Physical Review D 1, 566 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.1.566

[4] Якір Агаронов і Девід З Альберт. “Стани та спостережувані в релятивістських квантових теоріях поля”. Physical Review D 21, 3316 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.21.3316

[5] Якір Агаронов і Девід З Альберт. «Чи можемо ми зрозуміти процес вимірювання в релятивістській квантовій механіці?» Physical Review D 24, 359 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.359

[6] Тьяго Геррейро, Бруно Сангвінетті, Уго Збінден, Ніколя Гісін та Антуан Суарес. “Однофотонна просторово-подібна антигрупування”. Physics Letters A 376, 2174–2177 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.physleta.2012.05.019

[7] Джон Ерман і Джованні Валенте. “Релятивістська причинність в алгебраїчній квантовій теорії поля”. Міжнародні дослідження філософії науки 28, 1–48 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02698595.2014.915652

[8] Рафаель Д. Соркін. «Неможливі вимірювання на квантових полях». In Напрямки загальної теорії відносності: Матеріали Міжнародного симпозіуму 1993 р., Меріленд. Том 2, сторінки 293–305. (1993).

[9] Дорін Фрейзер і Марія Папагеоргіу. «Примітка про епізоди в історії моделювання вимірювань у локальних регіонах простору-часу за допомогою QFT». Європейський фізичний журнал H 48, 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] Марія Папагеоргіу та Дорін Фрейзер. «Усунення «неможливого»: нещодавній прогрес у теорії локальних вимірювань для квантової теорії поля» (2023). arXiv:2307.08524.
arXiv: 2307.08524

[11] Лерон Борстен, Ян Джабб і Грем Келлс. «Повернення до неможливих вимірювань». Physical Review D 104, 025012 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.025012

[12] Я Джабб. «Оновлення причинного стану в реальній скалярній квантовій теорії поля». Physical Review D 105, 025003 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.025003

[13] Емма Альбертіні та Ієн Джабб. «Чи є ідеальні вимірювання реальних скалярних полів причинними?» (2023).

[14] Крістофер Дж. Фьюстер і Райнер Верч. “Квантові поля та локальні вимірювання”. Повідомлення в математичній фізиці 378, 851–889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] Крістофер Дж. Фьюстер. «Загальноковаріантна схема вимірювання для квантової теорії поля в викривленому просторі-часі». In Progress and Visions in Quantum Theory in View of Gravity: Поєднання основ фізики та математики. Сторінки 253–268. Springer (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] Хеннінг Бостельманн, Крістофер Дж. Фьюстер і Максиміліан Рюп. «Неможливі вимірювання вимагають неможливого приладу». Physical Review D 103, 025017 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.103.025017

[17] Крістофер Дж. Фьюстер і Райнер Верч. «Вимірювання в квантовій теорії поля» (2023). arXiv:2304.13356.
arXiv: 2304.13356

[18] Микола Гісін. «Квантовий шанс: нелокальність, телепортація та інші квантові дива». Спрингер. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] Якір Агаронов, Девід З Альберт, Лев Вайдман. “Процес вимірювання в релятивістській квантовій теорії”. Physical Review D 34, 1805 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.1805

[20] Санду Попеску і Лев Вайдман. “Обмеження причинності нелокальних квантових вимірювань”. Physical Review A 49, 4331 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4331

[21] Беррі Гройсман і Лев Вайдман. “Нелокальні змінні з власними станами стану продукту”. Journal of Physics A: Mathematical and General 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] Беррі Гройсман і Бенні Резнік. “Вимірювання напівлокальних та немаксимально заплутаних станів”. Physical Review A 66, 022110 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.022110

[23] Лев Вайдман. “Миттєве вимірювання нелокальних змінних”. Physical Review Letters 90, 010402 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.010402

[24] Беррі Гройсман, Бенні Резнік і Лев Вайдман. “Миттєві вимірювання нелокальних змінних”. Журнал сучасної оптики 50, 943–949 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340308234543

[25] SR Clark, AJ Connor, D Jaksch та S Popescu. «Споживання заплутаності миттєвих нелокальних квантових вимірювань». Новий журнал фізики 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] Салман Бейгі та Роберт Кеніг. «Спрощене миттєве нелокальне квантове обчислення з додатками до позиційної криптографії». Новий журнал фізики 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] Елвін Гонзалес і Ерік Читамбар. “Межі миттєвого нелокального квантового обчислення”. IEEE Transactions on Information Theory 66, 2951–2963 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2019.2950190

[28] Девід Бекман, Деніел Готтесман, Майкл Нільсен і Джон Прескілл. «Каузальні та локалізовані квантові операції». Physical Review A 64, 052309 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052309

[29] Микола Гісін. «Заплутаність через 25 років після квантової телепортації: тестування спільних вимірювань у квантових мережах». Ентропія 21, 325 (2019).
https://​/​doi.org/​10.3390/​e21030325

[30] Флавіо Дель Санто, Якуб Чартовський, Кароль Жичковський та Ніколас Гізін. «Ізо-заплутані бази та спільні вимірювання» (2023). arXiv:2307.06998.
arXiv: 2307.06998

[31] Себастьян де Боне, Руншен Оуянг, Кеннет Гуденаф і Девід Елкоус. «Протоколи для створення та дистиляції багатосторонніх станів ГГЦ з парами Белла». IEEE Transactions on Quantum Engineering 1, 1–10 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TQE.2020.3044179

[32] Тейн ван дер Лугт. «Релятивістські обмеження квантових операцій» (2021). arXiv:2108.05904.
arXiv: 2108.05904

[33] Тіло Еггелінг, Дірк Шлінгеманн і Райнхард Ф. Вернер. «Півкаузальні операції є напівокалізованими». Europhysics Letters 57, 782 (2002).
https://​/​doi.org/​10.1209/​epl/​i2002-00579-4

[34] Ерік Дж. Кавальканті, Рафаель Чавес, Фламінія Джакоміні та Йонг-Чернг Лян. «Нові погляди на основи квантової фізики». Nature Reviews Physics 5, 323–325 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s42254-023-00586-z

[35] Ерік Читамбар, Деббі Леунг, Лаура Манчінська, Маріс Озолс та Андреас Вінтер. «Все, що ви завжди хотіли знати про LOCC (але боялися запитати)». Повідомлення в математичній фізиці 328, 303–326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] Беррі Гройсман і Сергій Стрельчук. «Оптимальна ступінь заплутаності для миттєвого розрізнення квантових станів». Physical Review A 92, 052337 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052337

[37] Георгос Ефтаксіас, Мір'ям Вайленманн і Роджер Колбек. «Спільні вимірювання в boxworld та їх роль в обробці інформації» (2022). arXiv:2209.04474.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.108.062212
arXiv: 2209.04474

[38] Альберт Мух і Райнер Верх. «Надсвітлові локальні операції в квантовій теорії поля: тест м’яча для пінг-понгу» (2023). arXiv:2308.16673.
https://​/​doi.org/​10.3390/​universe9100447
arXiv: 2308.16673

[39] Жозеф-Марія Яух і Костянтин Пірон. “Про структуру систем квантових пропозицій”. Helvetica Physica Acta 42, 842–848 (1969).

[40] Костянтин Пірон. «Квантична аксіоматика». Helvetica Physica Acta 37, 439 (1964).

[41] Н Гісін. “Решітка властивостей просторово розділених квантових систем”. Доповіді з математичної фізики 23, 363–371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

Цитується

Не вдалося отримати Перехресне посилання, наведене за даними під час останньої спроби 2024-02-27 10:30:37: не вдалося отримати цитовані дані для 10.22331/q-2024-02-27-1267 з Crossref. Це нормально, якщо DOI був зареєстрований нещодавно. Увімкнено SAO / NASA ADS даних про цитування робіт не знайдено (остання спроба 2024-02-27 10:30:38).

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.

Часова мітка:

Більше від Квантовий журнал