به سوی یک نظریه اندازه گیری در QFT: اندازه گیری های کوانتومی "غیر ممکن" ممکن است اما ایده آل نیست.

به سوی یک نظریه اندازه گیری در QFT: اندازه گیری های کوانتومی "غیر ممکن" ممکن است اما ایده آل نیست.

تمبر زمان: 27 فوریه 2024، 5:27 صبح

نیکلاس گیسین و فلاویو دل سانتو

گروه فیزیک کاربردی، دانشگاه ژنو، 1211 ژنو، سوئیس
دانشگاه سازنده، ژنو، سوئیس

این مقاله را جالب می دانید یا می خواهید بحث کنید؟ SciRate را ذکر کنید یا در SciRate نظر بدهید.

چکیده

تلاش‌های ساده‌لوحانه برای کنار هم قرار دادن نسبیت و اندازه‌گیری‌های کوانتومی منجر به سیگنال‌دهی بین مناطق جدا شده شبیه به فضا می‌شود. در QFT، اینها به عنوان $textit{اندازه‌گیری‌های غیرممکن}$ شناخته می‌شوند. ما نشان می‌دهیم که همین مشکل در فیزیک کوانتومی غیر نسبیتی به وجود می‌آید، جایی که اندازه‌گیری‌های مشترک غیرمحلی (یعنی بین سیستم‌هایی که از نظر مکانی جدا نگه داشته می‌شوند) به طور کلی منجر به سیگنال‌دهی می‌شود، در حالی که انتظار می‌رود بدون سیگنال‌دهی (مثلاً بر اساس اصل $textit{101) ارتباط غیر فیزیکی}$). این سؤال را ایجاد می کند: کدام اندازه گیری های کوانتومی غیرمحلی از نظر فیزیکی امکان پذیر است؟ ما یک رویکرد اطلاعات کوانتومی غیر نسبیتی را که مستقل از اندازه‌گیری‌های غیرممکن در QFT توسعه یافته است، بررسی و توسعه می‌دهیم و نشان می‌دهیم که این دو تقریباً به یک مشکل پرداخته‌اند. راه‌حل غیرنسبیتی نشان می‌دهد که همه اندازه‌گیری‌های غیرمحلی $قابل محلی‌سازی هستند (یعنی، می‌توانند در فاصله‌ای بدون نقض سیگنال‌دهی انجام شوند) اما آنها (i) ممکن است به منابع درهم‌تنیده خودسرانه بزرگ نیاز داشته باشند و (ii) به طور کلی نمی‌توانند انجام شوند. $ideal$، یعنی بلافاصله قابل تکرار نیستند. این ملاحظات می تواند به توسعه یک نظریه کامل اندازه گیری در QFT کمک کند.

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

تصویر ویژه: «اندازه‌گیری‌های غیرممکن» یک مشکل فیزیک کوانتومی غیرنسبیتی نیز هستند. با استفاده از حالت‌های درهم‌تنیده به‌عنوان منابع، می‌توان اندازه‌گیری‌های غیرمحلی را بدون نقض سیگنال‌دهی انجام داد. با این حال این اندازه گیری ها نمی توانند ایده آل باشند.

خلاصه محبوب

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.
تحقیقات در اطلاعات کوانتومی غیر نسبیتی با معضلاتی که در QFT دیده می‌شود مشابهت کرده است و یک چالش اساسی مشترک را نشان می‌دهد. سوال مهم این است که تشخیص دهیم کدام اندازه‌گیری‌های کوانتومی غیرمحلی (یعنی بر روی دو یا چند سیستم بدون قرار دادن آنها در یک مکان انجام می‌شود) بدون نقض اصل عدم سیگنال‌دهی امکان‌پذیر است. به نظر می رسد که اندازه گیری های غیرمحلی را می توان بدون نقض بدون سیگنالینگ انجام داد، اما همیشه نمی تواند ایده آل باشد (یعنی نمی توان آنها را فوراً به طور کامل تکرار کرد). علاوه بر این، آنها را می توان با هزینه استفاده از حالت های درهم تنیده اضافی به عنوان منابع انجام داد.
این بینش‌ها برای پیشبرد درک ما از اندازه‌گیری کوانتومی هم در تنظیمات غیر نسبیتی و هم در QFT کلیدی هستند و ما را به یک نظریه واحد اندازه‌گیری کوانتومی نزدیک‌تر می‌کنند.

► داده های BibTeX

◄ مراجع

[1] لو لاندو و رودولف پیرلز "Erweiterung des Unbestimmtheitsprinzips für die relativistische Quantentheorie". Zeitschrift für Physik 69, 56-69 (1931).

[2] پل آرتور شیلپ "کتابخانه فیلسوفان زنده، جلد 7. آلبرت انیشتین: فیلسوف دانشمند". شرکت انتشارات تودور. (1949).

[3] KE Hellwig و K Kraus. "توضیح رسمی اندازه گیری ها در نظریه میدان کوانتومی محلی". Physical Review D 1, 566 (1970).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevD.1.566

[4] یاکیر آهارونوف و دیوید ز آلبرت. "حالت ها و موارد مشاهده پذیر در نظریه های میدان کوانتومی نسبیتی". Physical Review D 21, 3316 (1980).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevD.21.3316

[5] یاکیر آهارونوف و دیوید ز آلبرت. آیا می‌توانیم از فرآیند اندازه‌گیری در مکانیک کوانتومی نسبیتی معنا پیدا کنیم؟ Physical Review D 24, 359 (1981).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevD.24.359

[6] تیاگو گوئریرو، برونو سانگوینتی، هوگو زبیندن، نیکلاس گیسین و آنتوان سوارز. “ضد جمع شدن فضایی مانند تک فوتون”. Physics Letters A 376, 2174–2177 (2012).
https://doi.org/​10.1016/​j.physleta.2012.05.019

[7] جان ارمن و جیووانی والنته. "علیت نسبیتی در نظریه میدان کوانتومی جبری". مطالعات بین المللی در فلسفه علم 28، 1-48 (2014).
https://doi.org/​10.1080/​02698595.2014.915652

[8] رافائل دی سورکین. "اندازه گیری های غیرممکن در میدان های کوانتومی". در جهت گیری در نسبیت عام: مجموعه مقالات سمپوزیوم بین المللی 1993، مریلند. جلد 2، صفحات 293-305. (1993).

[9] دورین فریزر و ماریا پاپاژئورگیو "یادداشت در مورد اپیزودها در تاریخچه اندازه گیری های مدل سازی در مناطق فضا-زمان محلی با استفاده از QFT". مجله فیزیکی اروپایی H 48، 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] ماریا پاپاژورگیو و دورین فریزر. "حذف "غیر ممکن": پیشرفت اخیر در نظریه اندازه گیری محلی برای نظریه میدان کوانتومی" (2023). arXiv:2307.08524.
arXiv: 2307.08524

[11] لرون بورستن، یان جاب و گراهام کلز. «اندازه‌گیری‌های غیرممکن مورد بازبینی قرار گرفت». بررسی فیزیکی D 104, 025012 (2021).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevD.104.025012

[12] من جوب "به روز رسانی حالت علی در نظریه میدان کوانتومی اسکالر واقعی". بررسی فیزیکی D 105, 025003 (2022).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevD.105.025003

[13] اما آلبرتینی و ایان جوب "آیا اندازه گیری های ایده آل میدان های اسکالر واقعی علی هستند؟" (2023).

[14] کریستوفر جی فوستر و راینر ورچ. "میدان های کوانتومی و اندازه گیری های محلی". ارتباطات در فیزیک ریاضی 378، 851-889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] کریستوفر جی فوستر. "یک طرح اندازه گیری کوواریانس کلی برای نظریه میدان کوانتومی در فضازمان های منحنی". در پیشرفت و چشم انداز در نظریه کوانتومی از نظر گرانش: پل زدن پایه های فیزیک و ریاضیات. صفحات 253-268. اسپرینگر (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] هنینگ بوستلمن، کریستوفر جی فوستر، و ماکسیمیلیان اچ روپ. "اندازه گیری های غیرممکن به دستگاه غیرممکن نیاز دارد". بررسی فیزیکی D 103, 025017 (2021).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevD.103.025017

[17] کریستوفر جی فوستر و راینر ورچ. "اندازه گیری در نظریه میدان کوانتومی" (2023). arXiv:2304.13356.
arXiv: 2304.13356

[18] نیکلاس گیسین. "شانس کوانتومی: غیرمحلی، دوربری و دیگر شگفتی های کوانتومی". اسپرینگر. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] یاکیر آهارونوف، دیوید زی آلبرت و لو ویدمن. "فرایند اندازه گیری در نظریه کوانتومی نسبیتی". Physical Review D 34, 1805 (1986).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevD.34.1805

[20] ساندو پوپسکو و لو ویدمن. "محدودیت های علیت در اندازه گیری های کوانتومی غیر محلی". Physical Review A 49, 4331 (1994).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.49.4331

[21] بری گرویسمن و لو ویدمن "متغیرهای غیر محلی با حالت های ویژه محصول". مجله فیزیک الف: ریاضی و عمومی 34، 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] بری گرویسمن و بنی رزنیک. "اندازه گیری حالت های نیمه محلی و غیر حداکثری درهم". بررسی فیزیکی A 66, 022110 (2002).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.66.022110

[23] لو ویدمن. "اندازه گیری لحظه ای متغیرهای غیر محلی". Physical Review Letters 90, 010402 (2003).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.90.010402

[24] بری گرویسمن، بنی رزنیک و لو ویدمن. اندازه گیری لحظه ای متغیرهای غیر محلی مجله اپتیک مدرن 50، 943-949 (2003).
https://doi.org/​10.1080/​09500340308234543

[25] SR Clark، AJ Connor، D Jaksch و S Popescu. "مصرف درهم تنیدگی اندازه گیری های کوانتومی غیرمحلی لحظه ای". مجله جدید فیزیک 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] سلمان بیگی و رابرت کونیگ. محاسبات کوانتومی غیرمحلی آنی ساده شده با کاربردهای رمزنگاری مبتنی بر موقعیت. مجله جدید فیزیک 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] آلوین گونزالس و اریک چیتامبار. "محدودیت های محاسبات کوانتومی غیرمحلی آنی". IEEE Transactions on Information Theory 66, 2951–2963 (2019).
https://doi.org/​10.1109/​TIT.2019.2950190

[28] دیوید بکمن، دانیل گوتسمن، مایکل ا نیلسن و جان پرسکیل. "عملیات کوانتومی علّی و بومی سازی". بررسی فیزیکی A 64, 052309 (2001).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.64.052309

[29] نیکلاس گیسین. "درهم تنیدگی 25 سال پس از تله پورت کوانتومی: آزمایش اندازه گیری های مشترک در شبکه های کوانتومی". آنتروپی 21، 325 (2019).
https://doi.org/​10.3390/​e21030325

[30] فلاویو دل سانتو، یاکوب چارتوفسکی، کارول ژیکوفسکی و نیکلاس گیسین. "پایه های درهم تنیده و اندازه گیری های مشترک" (2023). arXiv:2307.06998.
arXiv: 2307.06998

[31] سباستین دی بون، رانشنگ اویانگ، کنت گودناف و دیوید الکوس. پروتکل‌هایی برای ایجاد و تقطیر حالت‌های GHZ چند بخشی با جفت‌های بل. معاملات IEEE در مهندسی کوانتومی 1، 1-10 (2020).
https://doi.org/​10.1109/​TQE.2020.3044179

[32] تین ون در لوگت "محدودیت های نسبیتی در عملیات کوانتومی" (2021). arXiv:2108.05904.
arXiv: 2108.05904

[33] تیلو اگلینگ، دیرک شلینگمان و راینهارد اف ورنر. "عملیات نیمه علی قابل نیمه محلی سازی هستند". Europhysics Letters 57, 782 (2002).
https://doi.org/​10.1209/​epl/​i2002-00579-4

[34] اریک جی کاوالکانتی، رافائل چاوز، فلامینیا جاکومینی و یئونگ-چرنگ لیانگ. "دیدگاه های تازه در مبانی فیزیک کوانتومی". Nature Reviews Physics 5، 323–325 (2023).
https://doi.org/​10.1038/​s42254-023-00586-z

[35] اریک چیتامبار، دبی لیونگ، لورا مانچینسکا، ماریس اوزولز و آندریاس وینتر. "همه چیزهایی که همیشه می خواستید در مورد LOCC بدانید (اما از پرسیدن می ترسیدید)". ارتباطات در فیزیک ریاضی 328، 303-326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] بری گرویسمن و سرگی استرلچوک. "مقدار بهینه درهم تنیدگی برای تشخیص آنی حالات کوانتومی". بررسی فیزیکی A 92, 052337 (2015).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.92.052337

[37] جورج افتکسیاس، میرجام ویلنمان و راجر کولبیک. "اندازه گیری های مشترک در جعبه و نقش آنها در پردازش اطلاعات" (2022). arXiv:2209.04474.
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.108.062212
arXiv: 2209.04474

[38] آلبرت موچ و راینر ورچ. "عملیات محلی ابر نور در نظریه میدان کوانتومی: آزمایش توپ پینگ پنگ" (2023). arXiv:2308.16673.
https://doi.org/​10.3390/​universe9100447
arXiv: 2308.16673

[39] جوزف-ماریا ژائوخ و کنستانتین پیرون. "در مورد ساختار سیستم های گزاره های کمی". Helvetica Physica Acta 42, 842-848 (1969).

[40] کنستانتین پیرون. “Axiomatique Quantique”. Helvetica Physica Acta 37, 439 (1964).

[41] ن گیسین. "شبکه خاصیت سیستم های کوانتومی جدا شده فضایی". گزارشات در مورد فیزیک ریاضی 23، 363-371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

ذکر شده توسط

این مقاله در Quantum تحت عنوان منتشر شده است Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) مجوز. حق چاپ نزد دارندگان حق چاپ اصلی مانند نویسندگان یا مؤسسات آنها باقی می ماند.

تمبر زمان:

بیشتر از مجله کوانتومی