På vej mod en måleteori i QFT: "umulige" kvantemålinger er mulige, men ikke ideelle

På vej mod en måleteori i QFT: "umulige" kvantemålinger er mulige, men ikke ideelle

Tidsstempel: 27. februar 2024 kl. 5:27

Nicolas Gisin og Flavio Del Santo

Group of Applied Physics, University of Geneva, 1211 Genève, Schweiz
Constructor University, Genève, Schweiz

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Naive forsøg på at sammensætte relativitetsteori og kvantemålinger fører til signalering mellem rumlignende adskilte områder. I QFT er disse kendt som $textit{umulige mål}$. Vi viser, at det samme problem opstår i ikke-relativistisk kvantefysik, hvor fælles ikke-lokale målinger (dvs. mellem systemer, der holdes rumligt adskilt) generelt fører til signalering, mens man ville forvente ingen signalering (baseret for eksempel på $textit{-princippet) af ikke-ikke-fysisk kommunikation}$). Dette rejser spørgsmålet: Hvilke ikke-lokale kvantemålinger er fysisk mulige? Vi gennemgår og udvikler yderligere en ikke-relativistisk kvanteinformationstilgang udviklet uafhængigt af de umulige målinger i QFT, og viser, at disse to har adresseret stort set det samme problem. Den ikke-relativistiske løsning viser, at alle ikke-lokale målinger er $lokaliserbare$ (dvs. de kan udføres på afstand uden at overtræde no-signalering), men de (i) kan kræve vilkårligt store sammenfiltrede ressourcer og (ii) kan generelt ikke $ideal$, dvs., er ikke umiddelbart reproducerbare. Disse overvejelser kunne hjælpe med at guide udviklingen af ​​en komplet teori om måling i QFT.

Towards a measurement theory in QFT: “Impossible” quantum measurements are possible but not ideal PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Udvalgt billede: "Umulige målinger" er også et problem i ikke-relativistisk kvantefysik. Ved at bruge sammenfiltrede tilstande som ressourcer er det dog muligt at udføre ikke-lokale målinger uden at overtræde ingen-signalering. Alligevel kan disse mål ikke være ideelle.

Populært resumé

Naive forsøg på at fusionere relativitet med kvantemålinger fører teoretisk til øjeblikkelig kommunikation på tværs af fjerne områder. Dette arbejde viser, at et sådant problem, kendt i kvantefeltteori (QFT) som "umulige målinger", også optræder i ikke-relativistisk kvantefysik, hvor visse fælles målinger på rumligt adskilte systemer kunne muliggøre signalering, selvom ingen fysisk bærer rejser mellem festerne.
Forskning i ikke-relativistisk kvanteinformation har parallelt med dilemmaerne set i QFT, hvilket tyder på en fælles underliggende udfordring. Det afgørende spørgsmål er at identificere, hvilke ikke-lokale (dvs. udført på to eller flere systemer uden at bringe dem på samme sted) kvantemålinger der er mulige uden at bryde princippet om ingen signalering. Det viser sig, at ikke-lokale målinger kan udføres uden at overtræde ingen-signalering, men kan ikke altid være ideelle (dvs. de kan ikke gentages perfekt med det samme). Desuden kan de udføres på bekostning af at bruge yderligere sammenfiltrede tilstande som ressourcer.
Disse indsigter er nøglen til at fremme vores forståelse af kvantemåling både i ikke-relativistiske omgivelser og i QFT, hvilket skubber os tættere på en samlet teori om kvantemåling.

► BibTeX-data

► Referencer

[1] Lev Landau og Rudolf Peierls. "Erweiterung des Unbestimmtheitsprinzips für die relativistische Quantentheorie". Zeitschrift für Physik 69, 56–69 (1931).

[2] Paul Arthur Schilp. "The library of living philosophers, bind 7. Albert Einstein: Filosof-videnskabsmand". Tudor Publishing Company. (1949).

[3] KE Hellwig og K Kraus. "Formel beskrivelse af målinger i lokal kvantefeltteori". Physical Review D 1, 566 (1970).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.1.566

[4] Yakir Aharonov og David Z Albert. "Tilstande og observerbare i relativistiske kvantefeltteorier". Physical Review D 21, 3316 (1980).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.21.3316

[5] Yakir Aharonov og David Z Albert. "Kan vi give mening ud af måleprocessen i relativistisk kvantemekanik?". Physical Review D 24, 359 (1981).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.24.359

[6] Thiago Guerreiro, Bruno Sanguinetti, Hugo Zbinden, Nicolas Gisin og Antoine Suarez. "Enkeltfoton rum-lignende antibunching". Physics Letters A 376, 2174–2177 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.physleta.2012.05.019

[7] John Earman og Giovanni Valente. "Relativistisk kausalitet i algebraisk kvantefeltteori". International Studies in the Philosophy of Science 28, 1–48 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1080/​02698595.2014.915652

[8] Rafael D Sorkin. "Umulige målinger på kvantefelter". I retninger i generel relativitet: Proceedings of the 1993 International Symposium, Maryland. Bind 2, side 293–305. (1993).

[9] Doreen Fraser og Maria Papageorgiou. "Note om episoder i historien om modellering af målinger i lokale rumtidsregioner ved hjælp af QFT". The European Physical Journal H 48, 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] Maria Papageorgiou og Doreen Fraser. "Eliminering af det" umulige": Nylige fremskridt med lokal måleteori for kvantefeltteori" (2023). arXiv:2307.08524.
arXiv: 2307.08524

[11] Leron Borsten, Ian Jubb og Graham Kells. "Umulige målinger genbesøgt". Fysisk gennemgang D 104, 025012 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.104.025012

[12] I Jubb. "Kausaltilstandsopdateringer i reel skalar kvantefeltteori". Fysisk gennemgang D 105, 025003 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.105.025003

[13] Emma Albertini og Ian Jubb. "Er ideelle målinger af virkelige skalarfelter kausale?" (2023).

[14] Christopher J Fewster og Rainer Verch. "Kvantefelter og lokale målinger". Kommunikation i matematisk fysik 378, 851–889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] Christopher J Fewster. "Et generelt samvariant måleskema for kvantefeltteori i buede rumtider". Igangværende og visioner i kvanteteori i synet på tyngdekraften: At bygge bro mellem fysik og matematik. Side 253–268. Springer (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] Henning Bostelmann, Christopher J Fewster og Maximilian H Ruep. "Umulige målinger kræver umuligt apparatur". Fysisk gennemgang D 103, 025017 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.103.025017

[17] Christopher J Fewster og Rainer Verch. "Måling i kvantefeltteori" (2023). arXiv:2304.13356.
arXiv: 2304.13356

[18] Nicolas Gisin. "Kvante chance: Ikke-lokalitet, teleportation og andre kvante vidundere". Springer. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] Yakir Aharonov, David Z Albert og Lev Vaidman. "Måleproces i relativistisk kvanteteori". Physical Review D 34, 1805 (1986).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.34.1805

[20] Sandu Popescu og Lev Vaidman. "Kausalitetsbegrænsninger på ikke-lokale kvantemålinger". Physical Review A 49, 4331 (1994).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.49.4331

[21] Berry Groisman og Lev Vaidman. "Ikke-lokale variable med egentilstande i produkttilstand". Journal of Physics A: Mathematical and General 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] Berry Groisman og Benni Reznik. "Målinger af semilokale og ikke-maksimalt sammenfiltrede tilstande". Physical Review A 66, 022110 (2002).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.66.022110

[23] Lev Vaidman. "Øjeblikkelig måling af ikke-lokale variabler". Physical Review Letters 90, 010402 (2003).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.90.010402

[24] Berry Groisman, Benni Reznik og Lev Vaidman. "Øjeblikkelige målinger af ikke-lokale variabler". Journal of Modern Optics 50, 943–949 (2003).
https://​/​doi.org/​10.1080/​09500340308234543

[25] SR Clark, AJ Connor, D Jaksch og S Popescu. "Forviklingsforbrug af øjeblikkelige ikke-lokale kvantemålinger". New Journal of Physics 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] Salman Beigi og Robert König. "Forenklet øjeblikkelig ikke-lokal kvanteberegning med applikationer til positionsbaseret kryptografi". New Journal of Physics 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] Alvin Gonzales og Eric Chitambar. "Grænser for øjeblikkelig ikke-lokal kvanteberegning". IEEE Transactions on Information Theory 66, 2951–2963 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2019.2950190

[28] David Beckman, Daniel Gottesman, Michael A Nielsen og John Preskill. "Kausale og lokaliserbare kvanteoperationer". Physical Review A 64, 052309 (2001).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.64.052309

[29] Nicolas Gisin. "Entanglement 25 år efter kvanteteleportation: Test af fælles målinger i kvantenetværk". Entropy 21, 325 (2019).
https://​/​doi.org/​10.3390/​e21030325

[30] Flavio Del Santo, Jakub Czartowski, Karol Życzkowski og Nicolas Gisin. "Iso-sammenfiltrede baser og ledmålinger" (2023). arXiv:2307.06998.
arXiv: 2307.06998

[31] Sébastian de Bone, Runsheng Ouyang, Kenneth Goodenough og David Elkouss. "Protokoller til oprettelse og destillering af multipartite GHZ-tilstande med klokkepar". IEEE Transactions on Quantum Engineering 1, 1-10 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TQE.2020.3044179

[32] Tein van der Lugt. "Relativistiske grænser for kvanteoperationer" (2021). arXiv:2108.05904.
arXiv: 2108.05904

[33] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann og Reinhard F Werner. "Semikausale operationer er semilokaliserbare". Europhysics Letters 57, 782 (2002).
https://​doi.org/​10.1209/​epl/​i2002-00579-4

[34] Eric G Cavalcanti, Rafael Chaves, Flaminia Giacomini og Yeong-Cherng Liang. "Friske perspektiver på grundlaget for kvantefysik". Nature Reviews Physics 5, 323-325 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1038/​s42254-023-00586-z

[35] Eric Chitambar, Debbie Leung, Laura Mančinska, Maris Ozols og Andreas Winter. "Alt, hvad du altid har ønsket at vide om LOCC (men var bange for at spørge)". Communications in Mathematical Physics 328, 303–326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] Berry Groisman og Sergii Strelchuk. "Optimal mængde sammenfiltring til at skelne kvantetilstande øjeblikkeligt". Fysisk anmeldelse A 92, 052337 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.92.052337

[37] Giorgos Eftaxias, Mirjam Weilenmann og Roger Colbeck. "Fælles målinger i boxworld og deres rolle i informationsbehandling" (2022). arXiv:2209.04474.
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.108.062212
arXiv: 2209.04474

[38] Albert Much og Rainer Verch. "Superluminale lokale operationer i kvantefeltteori: En pingpongboldtest" (2023). arXiv:2308.16673.
https://doi.org/​10.3390/​universe9100447
arXiv: 2308.16673

[39] Joseph-Maria Jauch og Constantin Piron. "Om strukturen af ​​kvantepropositionssystemer". Helvetica Physica Acta 42, 842-848 (1969).

[40] Constantin Piron. "Axiomatique quantique". Helvetica Physica Acta 37, 439 (1964).

[41] N Gisin. "Egenskabsgitteret af rumligt adskilte kvantesystemer". Reports on Mathematical Physics 23, 363-371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

Citeret af

Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.

Tidsstempel:

Mere fra Quantum Journal