Auf dem Weg zu einer Messtheorie in der QFT: „Unmögliche“ Quantenmessungen sind möglich, aber nicht ideal

Auf dem Weg zu einer Messtheorie in der QFT: „Unmögliche“ Quantenmessungen sind möglich, aber nicht ideal

Zeitstempel: 27. Februar 2024, 5:27 Uhr

Nicolas Gisin und Flavio Del Santo

Gruppe für Angewandte Physik, Universität Genf, 1211 Genf, Schweiz
Konstrukteursuniversität, Genf, Schweiz

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Abstrakt

Naive Versuche, Relativitäts- und Quantenmessungen zusammenzuführen, führen zu Signalübertragungen zwischen raumartig getrennten Regionen. In QFT werden diese als $textit{unmögliche Messungen}$ bezeichnet. Wir zeigen, dass das gleiche Problem in der nichtrelativistischen Quantenphysik auftritt, wo gemeinsame nichtlokale Messungen (d. h. zwischen räumlich getrennt gehaltenen Systemen) im Allgemeinen zu Signalisierung führen, während man keine Signalisierung erwarten würde (basierend zum Beispiel auf dem $textit{Prinzip). der nicht-nichtphysischen Kommunikation}$). Dies wirft die Frage auf: Welche nichtlokalen Quantenmessungen sind physikalisch möglich? Wir überprüfen und entwickeln einen nicht-relativistischen Quanteninformationsansatz weiter, der unabhängig von den unmöglichen Messungen in der QFT entwickelt wurde, und zeigen, dass diese beiden praktisch dasselbe Problem angehen. Die nicht-relativistische Lösung zeigt, dass alle nichtlokalen Messungen $lokalisierbar$ sind (d. h. sie können aus der Ferne durchgeführt werden, ohne die No-Signaling-Regelung zu verletzen), aber sie können (i) beliebig große verschränkte Ressourcen erfordern und (ii) können dies im Allgemeinen nicht sein $ideal$, also nicht sofort reproduzierbar. Diese Überlegungen könnten als Leitfaden für die Entwicklung einer vollständigen Messtheorie in der QFT dienen.

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Ausgewähltes Bild: „Unmögliche Messungen“ sind auch ein Problem der nichtrelativistischen Quantenphysik. Durch die Verwendung verschränkter Zustände als Ressourcen ist es jedoch möglich, nichtlokale Messungen durchzuführen, ohne das No-Signaling zu verletzen. Dennoch können diese Messungen nicht ideal sein.

Populäre Zusammenfassung

Naive Versuche, Relativitätstheorie mit Quantenmessungen zu verbinden, führen theoretisch zu einer sofortigen Kommunikation über entfernte Regionen hinweg. Diese Arbeit zeigt, dass ein solches Problem, das in der Quantenfeldtheorie (QFT) als „unmögliche Messungen“ bekannt ist, auch in der nichtrelativistischen Quantenphysik auftritt, wo bestimmte gemeinsame Messungen an räumlich getrennten Systemen eine Signalübertragung ermöglichen könnten, selbst wenn kein physikalischer Träger dazwischen wandert die Parteien.
Die Forschung im Bereich der nichtrelativistischen Quanteninformation verlief parallel zu den Dilemmata, die bei der QFT beobachtet wurden, was auf eine gemeinsame zugrunde liegende Herausforderung hindeutet. Die entscheidende Frage besteht darin, herauszufinden, welche nichtlokalen Quantenmessungen (d. h. auf zwei oder mehr Systemen durchgeführt, ohne sie an den gleichen Ort zu bringen) möglich sind, ohne das No-Signaling-Prinzip zu brechen. Es stellt sich heraus, dass nichtlokale Messungen ohne Verletzung der No-Signaling-Regelung durchgeführt werden können, aber nicht immer ideal sein können (dh sie können nicht sofort perfekt wiederholt werden). Darüber hinaus können sie auf Kosten der Nutzung zusätzlicher verschränkter Zustände als Ressourcen durchgeführt werden.
Diese Erkenntnisse sind der Schlüssel zur Weiterentwicklung unseres Verständnisses der Quantenmessung sowohl in nichtrelativistischen Umgebungen als auch in der QFT und bringen uns einer einheitlichen Theorie der Quantenmessung näher.

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