Προς μια θεωρία μέτρησης στο QFT: «Αδύνατες» κβαντικές μετρήσεις είναι δυνατές αλλά όχι ιδανικές

Προς μια θεωρία μέτρησης στο QFT: «Αδύνατες» κβαντικές μετρήσεις είναι δυνατές αλλά όχι ιδανικές

Χρονική σήμανση: 27 Φεβρουαρίου 2024 5:27 π.μ.

Nicolas Gisin και Flavio Del Santo

Group of Applied Physics, University of Geneva, 1211 Geneva, Switzerland
Constructor University, Γενεύη, Ελβετία

Βρείτε αυτό το άρθρο ενδιαφέρουσα ή θέλετε να συζητήσετε; Scite ή αφήστε ένα σχόλιο για το SciRate.

Περίληψη

Οι αφελείς προσπάθειες να συνδυάσουν τη σχετικότητα και τις κβαντικές μετρήσεις οδηγούν σε σηματοδότηση μεταξύ διαχωρισμένων περιοχών που μοιάζουν με το διάστημα. Στο QFT, αυτά είναι γνωστά ως $textit{αδύνατες μετρήσεις}$. Δείχνουμε ότι το ίδιο πρόβλημα προκύπτει στη μη σχετικιστική κβαντική φυσική, όπου κοινές μη τοπικές μετρήσεις (δηλαδή, μεταξύ συστημάτων που διατηρούνται χωρικά χωριστά) γενικά οδηγούν σε σηματοδότηση, ενώ θα περίμενε κανείς μη σηματοδότηση (με βάση για παράδειγμα την αρχή $textit{ της μη μη φυσικής επικοινωνίας}$). Αυτό εγείρει το ερώτημα: Ποιες μη τοπικές κβαντικές μετρήσεις είναι φυσικά δυνατές; Εξετάζουμε και αναπτύσσουμε περαιτέρω μια μη σχετικιστική προσέγγιση κβαντικής πληροφορίας που αναπτύχθηκε ανεξάρτητα από τις αδύνατες μετρήσεις στο QFT και δείχνουμε ότι αυτές οι δύο αντιμετωπίζουν σχεδόν το ίδιο πρόβλημα. Η μη σχετικιστική λύση δείχνει ότι όλες οι μη τοπικές μετρήσεις είναι $τοπικοποιήσιμες$ (δηλαδή, μπορούν να πραγματοποιηθούν σε απόσταση χωρίς παραβίαση της μη σηματοδότησης) αλλά (i) μπορεί να απαιτούν αυθαίρετα μεγάλους εμπλεκόμενους πόρους και (ii) δεν μπορούν γενικά Το $ideal$, δηλαδή, δεν αναπαράγονται αμέσως. Αυτές οι σκέψεις θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης θεωρίας μέτρησης στο QFT.

Προς μια θεωρία μέτρησης στο QFT: Οι «αδύνατες» κβαντικές μετρήσεις είναι δυνατές, αλλά όχι ιδανικές για την ευφυΐα δεδομένων PlatoBlockchain. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.

Επιλεγμένη εικόνα: Οι "Αδύνατες μετρήσεις" είναι επίσης ένα πρόβλημα της μη σχετικιστικής κβαντικής φυσικής. Χρησιμοποιώντας μπερδεμένες καταστάσεις ως πόρους, είναι ωστόσο δυνατό να πραγματοποιηθούν μη τοπικές μετρήσεις χωρίς παραβίαση της μη σηματοδότησης. Ωστόσο, αυτές οι μετρήσεις δεν μπορούν να είναι ιδανικές.

Δημοφιλή περίληψη

Οι αφελείς προσπάθειες συγχώνευσης της σχετικότητας με τις κβαντικές μετρήσεις θεωρητικά οδηγούν σε στιγμιαία επικοινωνία σε μακρινές περιοχές. Αυτή η εργασία δείχνει ότι ένα τέτοιο ζήτημα, γνωστό στην κβαντική θεωρία πεδίου (QFT) ως «αδύνατες μετρήσεις», εμφανίζεται επίσης στη μη σχετικιστική κβαντική φυσική, όπου ορισμένες κοινές μετρήσεις σε χωρικά διαχωρισμένα συστήματα θα μπορούσαν να επιτρέψουν τη σηματοδότηση ακόμη και αν δεν ταξιδεύει κανένας φυσικός φορέας μεταξύ τα πάρτυ.
Η έρευνα σε μη σχετικιστικές κβαντικές πληροφορίες έχει παραλληλίσει τα διλήμματα που παρατηρούνται στο QFT, υποδηλώνοντας μια κοινή υποκείμενη πρόκληση. Το κρίσιμο ερώτημα είναι ο προσδιορισμός ποιες μη τοπικές (δηλαδή πραγματοποιούνται σε δύο ή περισσότερα συστήματα χωρίς να τα φέρουν στο ίδιο μέρος) κβαντικές μετρήσεις είναι εφικτές χωρίς να παραβιάζεται η αρχή της μη σηματοδότησης. Αποδεικνύεται ότι οι μη τοπικές μετρήσεις μπορούν να γίνουν χωρίς παραβίαση της μη σηματοδότησης, αλλά δεν μπορούν να είναι πάντα ιδανικές (δηλαδή, δεν μπορούν να επαναληφθούν τέλεια αμέσως). Επιπλέον, μπορούν να εκτελεστούν με το κόστος της χρήσης πρόσθετων εμπλεκόμενων καταστάσεων ως πόρων.
Αυτές οι γνώσεις είναι βασικές για την προώθηση της κατανόησής μας για την κβαντική μέτρηση τόσο σε μη σχετικιστικά περιβάλλοντα όσο και σε QFT, ωθώντας μας πιο κοντά σε μια ενοποιημένη θεωρία κβαντικής μέτρησης.

► Δεδομένα BibTeX

► Αναφορές

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

[2] Paul Arthur Schilpp. «Η βιβλιοθήκη των ζωντανών φιλοσόφων, τόμος 7. Άλμπερτ Αϊνστάιν: Φιλόσοφος-επιστήμονας». Tudor Publishing Company. (1949).

[3] KE Hellwig και K Kraus. «Τυπική περιγραφή των μετρήσεων στην τοπική κβαντική θεωρία πεδίου». Physical Review D 1, 566 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.1.566

[4] Yakir Aharonov και David Z Albert. «Καταστάσεις και παρατηρήσιμα στοιχεία σε σχετικιστικές κβαντικές θεωρίες πεδίου». Physical Review D 21, 3316 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.21.3316

[5] Yakir Aharonov και David Z Albert. «Μπορούμε να βγάλουμε νόημα από τη διαδικασία μέτρησης στη σχετικιστική κβαντική μηχανική;». Physical Review D 24, 359 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.359

[6] Τιάγκο Γκερέιρο, Μπρούνο Σανγκουινέτι, Ούγκο Ζμπίντεν, Νικολάς Γκισίν και Αντουάν Σουάρες. «Αντισυσσώρευση χώρου σαν ένα φωτόνιο». Physics Letters A 376, 2174–2177 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2012.05.019

[7] John Earman και Giovanni Valente. «Σχετικιστική αιτιότητα στην αλγεβρική κβαντική θεωρία πεδίου». International Studies in the Philosophy of Science 28, 1–48 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02698595.2014.915652

[8] Rafael D Sorkin. «Αδύνατες μετρήσεις σε κβαντικά πεδία». In Directions in general relativity: Proceedings of the 1993 International Symposium, Maryland. Τόμος 2, σελίδες 293–305. (1993).

[9] Doreen Fraser και Μαρία Παπαγεωργίου. «Σημείωση για επεισόδια στην ιστορία των μετρήσεων μοντελοποίησης σε τοπικές χωροχρονικές περιοχές χρησιμοποιώντας QFT». The European Physical Journal H 48, 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] Μαρία Παπαγεωργίου και Ντορίν Φρέιζερ. "Εξάλειψη του "αδύνατο": Πρόσφατη πρόοδος στη θεωρία τοπικής μέτρησης για την κβαντική θεωρία πεδίου" (2023). arXiv: 2307.08524.
arXiv: 2307.08524

[11] Leron Borsten, Ian Jubb και Graham Kells. «Επανεξετάστηκαν αδύνατες μετρήσεις». Φυσική Επιθεώρηση D 104, 025012 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.025012

[12] I Jubb. "Ενημερώσεις αιτιώδους κατάστασης στην πραγματική βαθμωτή κβαντική θεωρία πεδίων". Φυσική Επιθεώρηση Δ 105, 025003 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.025003

[13] Emma Albertini και Ian Jubb. «Είναι αιτιώδεις οι ιδανικές μετρήσεις των πραγματικών βαθμωτών πεδίων;» (2023).

[14] Christopher J Fewster και Rainer Verch. «Κβαντικά πεδία και τοπικές μετρήσεις». Communications in Mathematical physics 378, 851–889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] Christopher J Fewster. «Ένα γενικά συμμεταβλητό σχήμα μέτρησης για την κβαντική θεωρία πεδίου σε καμπύλους χωροχρόνους». In Progress and Visions in Quantum Theory in View of Gravity: Bridging Foundations of Physics and Mathematics. Σελίδες 253–268. Springer (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] Henning Bostelmann, Christopher J Fewster και Maximilian H Ruep. «Οι αδύνατες μετρήσεις απαιτούν αδύνατη συσκευή». Φυσική Επιθεώρηση Δ 103, 025017 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.103.025017

[17] Christopher J Fewster και Rainer Verch. "Measurement in quantum field theory" (2023). arXiv:2304.13356.
arXiv: 2304.13356

[18] Νικολά Γκισίν. «Κβαντική πιθανότητα: Μη τοπικότητα, τηλεμεταφορά και άλλα κβαντικά θαύματα». Πηδών. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] Yakir Aharonov, David Z Albert και Lev Vaidman. «Διαδικασία μέτρησης στη σχετικιστική κβαντική θεωρία». Physical Review D 34, 1805 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.1805

[20] Sandu Popescu και Lev Vaidman. «Περιορισμοί αιτιότητας στις μη τοπικές κβαντικές μετρήσεις». Physical Review Α 49, 4331 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4331

[21] Μπέρι Γκρόισμαν και Λεβ Βάιντμαν. «Μη τοπικές μεταβλητές με ιδιοκαταστάσεις προϊόντος-κατάστασης». Journal of Physics A: Mathematical and General 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] Μπέρι Γκρόισμαν και Μπένι Ρέζνικ. «Μετρήσεις ημιτοπικών και μη εμπλεκόμενων καταστάσεων». Physical Review A 66, 022110 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.022110

[23] Λεβ Βάιντμαν. «Στιγμιαία μέτρηση μη τοπικών μεταβλητών». Physical Review Letters 90, 010402 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.010402

[24] Berry Groisman, Benni Reznik και Lev Vaidman. «Στιγμιαίες μετρήσεις μη τοπικών μεταβλητών». Journal of Modern Optics 50, 943–949 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340308234543

[25] SR Clark, AJ Connor, D Jaksch και S Popescu. «Κατανάλωση εμπλοκής στιγμιαίων μη τοπικών κβαντικών μετρήσεων». New Journal of Physics 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] Salman Beigi και Robert König. «Απλοποιημένος στιγμιαίος μη τοπικός κβαντικός υπολογισμός με εφαρμογές κρυπτογραφίας βάσει θέσης». New Journal of Physics 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] Alvin Gonzales και Eric Chitambar. «Όρια στιγμιαίου μη τοπικού κβαντικού υπολογισμού». 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 και John Preskill. «Αιτιώδεις και τοπικοποιήσιμες κβαντικές πράξεις». Physical Review A 64, 052309 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052309

[29] Νικολά Γκισίν. «Διαπλοκή 25 χρόνια μετά την κβαντική τηλεμεταφορά: Δοκιμές κοινών μετρήσεων σε κβαντικά δίκτυα». Entropy 21, 325 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e21030325

[30] Flavio Del Santo, Jakub Czartowski, Karol Życzkowski και Nicolas Gisin. «Ισο-μπλεγμένες βάσεις και μετρήσεις αρμών» (2023). arXiv:2307.06998.
arXiv: 2307.06998

[31] Σεμπάστιαν ντε Μπόουν, Ρούνσενγκ Ουγιάνγκ, Κένεθ Γκούντεναφ και Ντέιβιντ Έλκους. «Πρωτόκολλα για τη δημιουργία και την απόσταξη πολυμερών καταστάσεων GHZ με ζεύγη Bell». IEEE Transactions on Quantum Engineering 1, 1–10 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3044179

[32] Tein van der Lugt. «Σχετικά όρια στις κβαντικές πράξεις» (2021). arXiv:2108.05904.
arXiv: 2108.05904

[33] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann και Reinhard F Werner. «Οι ημιαιτιώδεις πράξεις είναι ημιτοπικοποιήσιμες». Europhysics Letters 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i2002-00579-4

[34] Eric G Cavalcanti, Rafael Chaves, Flaminia Giacomini και Yeong-Cherng Liang. «Νέες προοπτικές για τα θεμέλια της κβαντικής φυσικής». 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 και Andreas Winter. «Όλα όσα πάντα ήθελες να ξέρεις για το LOCC (αλλά φοβόσουν να ρωτήσεις)». Communications in Mathematical Physics 328, 303–326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] Berry Groisman και Sergii Strelchuk. «Βέλτιστη ποσότητα εμπλοκής για να διακρίνεις κβαντικές καταστάσεις στιγμιαία». Φυσική Επιθεώρηση Α 92, 052337 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052337

[37] Γιώργος Ευταξίας, Mirjam Weilenmann και Roger Colbeck. «Κοινές μετρήσεις στο boxworld και ο ρόλος τους στην επεξεργασία πληροφοριών» (2022). arXiv:2209.04474.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.108.062212
arXiv: 2209.04474

[38] Albert Much και Rainer Verch. «Τοπικές λειτουργίες υπερφωτισμού στη θεωρία κβαντικού πεδίου: Μια δοκιμή μπάλας του πινγκ πονγκ» (2023). arXiv:2308.16673.
https: / / doi.org/ 10.3390 / universe9100447
arXiv: 2308.16673

[39] Joseph-Maria Jauch και Constantin Piron. «Σχετικά με τη δομή των ποσοτικών συστημάτων προτάσεων». Helvetica Physica Acta 42, 842–848 (1969).

[40] Κωνσταντίνος Πύρων. “Axiomatique quantique”. Helvetica Physica Acta 37, 439 (1964).

[41] Ν Γκισίν. «Το πλέγμα ιδιοτήτων των χωρικά διαχωρισμένων κβαντικών συστημάτων». Reports on Mathematical Physics 23, 363–371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

Αναφέρεται από

Αυτό το Βιβλίο δημοσιεύεται στο Quantum στο πλαίσιο του Creative Commons Attribution 4.0 Διεθνής (CC BY 4.0) άδεια. Τα πνευματικά δικαιώματα παραμένουν στους κατόχους των πρωτότυπων δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας όπως οι δημιουργοί ή τα ιδρύματά τους

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Quantum Journal