QFT mõõtmisteooria poole: "võimatud" kvantmõõtmised on võimalikud, kuid mitte ideaalsed

QFT mõõtmisteooria poole: "võimatud" kvantmõõtmised on võimalikud, kuid mitte ideaalsed

Ajatempel: 27. veebruar 2024 kell 5:27

Nicolas Gisin ja Flavio Del Santo

Rakendusfüüsika rühm, Genfi Ülikool, 1211 Genf, Šveits
Konstruktorite Ülikool, Genf, Šveits

Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.

Abstraktne

Naiivsed katsed panna kokku relatiivsusteooria ja kvantmõõtmised viivad signaalimiseni ruumisarnaselt eraldatud piirkondade vahel. QFT-s tuntakse neid kui $teksti{impossible dimensions}$. Näitame, et sama probleem ilmneb ka mitterelativistlikus kvantfüüsikas, kus ühised mittelokaalsed mõõtmised (st ruumiliselt eraldatud süsteemide vahel) viivad üldiselt signaalimiseni, samas kui võiks eeldada, et signaali pole (nt $textit{põhimõtte alusel). mittefüüsilisest suhtlusest}$). See tõstatab küsimuse: millised mittelokaalsed kvantmõõtmised on füüsiliselt võimalikud? Vaatame läbi ja arendame edasi mitterelativistliku kvantteabe lähenemisviisi, mis on välja töötatud sõltumatult QFT võimatutest mõõtmistest, ja näitame, et need kaks on tegelenud praktiliselt sama probleemiga. Mitterelativistlik lahendus näitab, et kõik mittelokaalsed mõõtmised on $lokaliseeritavad$ (st neid saab teha kaugelt, ilma et see rikuks signaalimiskeeldu), kuid need (i) võivad nõuda meelevaldselt suuri segatud ressursse ja (ii) neid ei saa üldiselt teha. $ideal$, st ei ole kohe reprodutseeritavad. Need kaalutlused võivad aidata juhtida QFT-s täieliku mõõtmisteooria väljatöötamist.

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

Esiletõstetud pilt: "Võimatud mõõtmised" on ka mitterelativistliku kvantfüüsika probleem. Kasutades põimunud olekuid ressurssidena, on siiski võimalik teha mittelokaalseid mõõtmisi, ilma et rikutaks signaali keelamist. Kuid need mõõtmised ei saa olla ideaalsed.

Populaarne kokkuvõte

Naïve attempts to merge relativity with quantum measurements theoretically leads to instantaneous communication across distant regions. This work shows that such an issue, known in quantum field theory (QFT) as “impossible measurements,” also appears in non-relativistic quantum physics, where certain joint measurements on spatially separated systems could enable signaling even if no physical carrier is traveling between the parties.
Mitterelativistliku kvantteabe uurimine on paralleelselt QFT-s nähtud dilemmadega, mis viitab ühisele väljakutsele. Otsustav küsimus on kindlaks teha, millised mittelokaalsed (st tehakse kahes või enamas süsteemis ilma neid samasse kohta viimata) kvantmõõtmised on teostatavad ilma signaalimise puudumise põhimõtet rikkumata. Selgub, et mittelokaalseid mõõtmisi saab teha ilma signaalimiskeeldu rikkumata, kuid need ei saa alati olla ideaalsed (st neid ei saa kohe ideaalselt korrata). Lisaks saab neid teostada täiendavate segatud olekute ressurssidena kasutamise hinnaga.
Need teadmised on võtmetähtsusega, et edendada meie arusaamist kvantmõõtmisest nii mitterelativistlikes seadetes kui ka QFT-s, tõugates meid lähemale kvantmõõtmise ühtsele teooriale.

► BibTeX-i andmed

► Viited

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

[2] Paul Arthur Schilpp. “Elavate filosoofide raamatukogu, köide 7. Albert Einstein: Philosopher-scientist”. Kirjastusettevõte Tudor. (1949).

[3] KE Hellwig ja K Kraus. “Mõõtmiste formaalne kirjeldus lokaalses kvantväljateoorias”. Physical Review D 1, 566 (1970).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.1.566

[4] Yakir Aharonov ja David Z Albert. "Seisundid ja vaadeldavad olekud relativistlikes kvantväljateooriates". Physical Review D 21, 3316 (1980).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.21.3316

[5] Yakir Aharonov ja David Z Albert. "Kas me saame relativistliku kvantmehaanika mõõtmisprotsessist aru saada?". Physical Review D 24, 359 (1981).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.24.359

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

[7] John Earman ja Giovanni Valente. "Relativistlik põhjuslikkus algebralises kvantväljateoorias". International Studies in the Philosophy of Science 28, 1–48 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1080/​02698595.2014.915652

[8] Rafael D Sorkin. "Võimatud mõõtmised kvantväljadel". Üldrelatiivsusteooria suunad: 1993. aasta rahvusvahelise sümpoosioni toimetised, Maryland. 2. köide, lk 293–305. (1993).

[9] Doreen Fraser ja Maria Papageorgiou. "Märkus QFT-i kasutades kohalikes aegruumi piirkondades mõõtmiste modelleerimise ajaloo episoodide kohta". The European Physical Journal H 48, 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] Maria Papageorgiou ja Doreen Fraser. "Võimatu kõrvaldamine": hiljutised edusammud kvantväljateooria kohaliku mõõtmisteooria vallas" (2023). arXiv:2307.08524.
arXiv: 2307.08524

[11] Leron Borsten, Ian Jubb ja Graham Kells. "Võimatud mõõtmised on uuesti läbi vaadatud". Füüsiline ülevaade D 104, 025012 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.104.025012

[12] Ma Jubb. "Põhjusliku oleku värskendused reaalses skalaar-kvantvälja teoorias". Physical Review D 105, 025003 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.105.025003

[13] Emma Albertini ja Ian Jubb. "Kas tegelike skalaarväljade ideaalsed mõõtmised on põhjuslikud?" (2023).

[14] Christopher J Fewster ja Rainer Verch. "Kvantväljad ja kohalikud mõõtmised". Kommunikatsioonid matemaatilises füüsikas 378, 851–889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] Christopher J Fewster. "Üldiselt kovarantne mõõtmisskeem kvantväljateooria jaoks kõverates aegruumis". Progress and Vision in Quantum Theory in View of Gravity: Bridging aluste füüsika ja matemaatika. Lk 253–268. Springer (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] Henning Bostelmann, Christopher J Fewster ja Maximilian H Ruep. "Võimatud mõõtmised nõuavad võimatuid aparaate." Füüsiline ülevaade D 103, 025017 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.103.025017

[17] Christopher J Fewster ja Rainer Verch. “Mõõtmine kvantväljateoorias” (2023). arXiv:2304.13356.
arXiv: 2304.13356

[18] Nicolas Gisin. "Kvantjuhus: mittelokaalsus, teleportatsioon ja muud kvantimed". Springer. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] Yakir Aharonov, David Z Albert ja Lev Vaidman. "Mõõtmisprotsess relativistlikus kvantteoorias". Physical Review D 34, 1805 (1986).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.34.1805

[20] Sandu Popescu ja Lev Vaidman. "Mittelokaalsete kvantmõõtmiste põhjuslikud piirangud". Physical Review A 49, 4331 (1994).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.49.4331

[21] Berry Groisman ja Lev Vaidman. "Mittelokaalsed muutujad korrutisoleku omaseisunditega". Journal of Physics A: Mathematical and General, 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] Berry Groisman ja Benni Reznik. "Poollokaalsete ja mittemaksimaalselt põimunud olekute mõõtmised". Physical Review A 66, 022110 (2002).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.66.022110

[23] Lev Vaidman. "Mittelokaalsete muutujate hetkeline mõõtmine". Physical Review Letters 90, 010402 (2003).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.90.010402

[24] Berry Groisman, Benni Reznik ja Lev Vaidman. "Mittelokaalsete muutujate hetkemõõtmised". Journal of Modern Optics 50, 943–949 (2003).
https://​/​doi.org/​10.1080/​09500340308234543

[25] SR Clark, AJ Connor, D Jaksch ja S Popescu. "Hetkiliste mittelokaalsete kvantmõõtmiste takerdumistarbimine". New Journal of Physics 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] Salman Beigi ja Robert König. "Lihtsustatud hetkeline mittelokaalne kvantarvutus asukohapõhise krüptograafia rakendustega". New Journal of Physics 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] Alvin Gonzales ja Eric Chitambar. "Piirid hetkelisel mittelokaalsel kvantarvutamisel". 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 ja John Preskill. "Põhjuslikud ja lokaliseeritavad kvantoperatsioonid". Physical Review A 64, 052309 (2001).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.64.052309

[29] Nicolas Gisin. "Põimumine 25 aastat pärast kvantteleportatsiooni: ühiste mõõtmiste testimine kvantvõrkudes". Entroopia 21, 325 (2019).
https://​/​doi.org/​10.3390/​e21030325

[30] Flavio Del Santo, Jakub Czartowski, Karol Życzkowski ja Nicolas Gisin. “Iso-põimunud alused ja vuugimõõtmised” (2023). arXiv:2307.06998.
arXiv: 2307.06998

[31] Sébastian de Bone, Runsheng Ouyang, Kenneth Goodenough ja David Elkouss. Protokollid mitmeosaliste GHZ olekute loomiseks ja destilleerimiseks Belli paaridega. IEEE Transactions on Quantum Engineering 1, 1–10 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TQE.2020.3044179

[32] Tein van der Lugt. "Relativistlikud piirid kvantoperatsioonidel" (2021). arXiv:2108.05904.
arXiv: 2108.05904

[33] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann ja Reinhard F Werner. "Semikausaalsed operatsioonid on poollokaliseeritavad". Europhysics Letters 57, 782 (2002).
https://​/​doi.org/​10.1209/​epl/​i2002-00579-4

[34] Eric G Cavalcanti, Rafael Chaves, Flaminia Giacomini ja Yeong-Cherng Liang. "Värsked vaatenurgad kvantfüüsika alustele". 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 ja Andreas Winter. "Kõik, mida olete alati LOCC kohta teada tahtnud (aga kartnud küsida)". Kommunikatsioonid matemaatilises füüsikas 328, 303–326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] Berry Groisman ja Sergii Streltšuk. "Optimaalne takerdumise kogus kvantolekute hetkeliseks eristamiseks". Füüsiline ülevaade A 92, 052337 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.92.052337

[37] Giorgos Eftaxias, Mirjam Weilenmann ja Roger Colbeck. “Ühismõõtmised kastimaailmas ja nende roll infotöötluses” (2022). arXiv:2209.04474.
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.108.062212
arXiv: 2209.04474

[38] Albert Much ja Rainer Verch. "Superluminaalsed kohalikud operatsioonid kvantväljateoorias: ping-pong palli test" (2023). arXiv:2308.16673.
https://​/​doi.org/​10.3390/​universe9100447
arXiv: 2308.16673

[39] Joseph-Maria Jauch ja Constantin Piron. "Kvantaalsete propositsioonisüsteemide struktuurist". Helvetica Physica Acta 42, 842–848 (1969).

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

[41] N Gisin. "Ruumiliselt eraldatud kvantsüsteemide omadusvõre". Aruanded matemaatilise füüsika kohta 23, 363–371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

Viidatud

See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.

Ajatempel:

Veel alates Quantum Journal