Menuju teori pengukuran di QFT: Pengukuran kuantum yang “tidak mungkin” mungkin dilakukan tetapi tidak ideal

Menuju teori pengukuran di QFT: Pengukuran kuantum yang “tidak mungkin” mungkin dilakukan tetapi tidak ideal

Stempel Waktu: 27 Februari 2024 5:27

Nicolas Gisin dan Flavio Del Santo

Kelompok Fisika Terapan, Universitas Jenewa, 1211 Jenewa, Swiss
Universitas Konstruktor, Jenewa, Swiss

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Upaya naif untuk menggabungkan pengukuran relativitas dan kuantum mengarah pada pensinyalan antara wilayah terpisah seperti ruang angkasa. Di QFT, ini dikenal sebagai $textit{pengukuran yang mustahil}$. Kami menunjukkan bahwa masalah yang sama muncul dalam fisika kuantum non-relativistik, di mana pengukuran nonlokal gabungan (yaitu, antar sistem yang dipisahkan secara spasial) secara umum mengarah pada pemberian sinyal, sementara kita mengharapkan tidak adanya sinyal (misalnya berdasarkan prinsip $textit{ komunikasi non-fisik}$). Hal ini menimbulkan pertanyaan: Pengukuran kuantum nonlokal manakah yang mungkin dilakukan secara fisik? Kami meninjau dan mengembangkan lebih lanjut pendekatan informasi kuantum non-relativistik yang dikembangkan secara independen dari pengukuran mustahil dalam QFT, dan menunjukkan bahwa keduanya telah mengatasi masalah yang hampir sama. Solusi non-relativistik menunjukkan bahwa semua pengukuran nonlokal $dapat dilokalkan$ (yaitu, pengukuran tersebut dapat dilakukan dari jarak jauh tanpa melanggar no-signaling) namun pengukuran tersebut (i) mungkin memerlukan sumber daya terjerat yang sangat besar dan (ii) secara umum tidak dapat dilakukan $ideal$, yaitu, tidak dapat segera direproduksi. Pertimbangan ini dapat membantu memandu pengembangan teori pengukuran yang lengkap di QFT.

Menuju teori pengukuran di QFT: Pengukuran kuantum yang “tidak mungkin” mungkin dilakukan, tetapi Intelijen Data PlatoBlockchain tidak ideal. Pencarian Vertikal. Ai.

Gambar unggulan: “Pengukuran yang mustahil” juga merupakan masalah fisika kuantum non-relativistik. Dengan menggunakan status terjerat sebagai sumber daya, pengukuran nonlokal dapat dilakukan tanpa melanggar no-signaling. Namun pengukuran ini tidak ideal.

Ringkasan populer

Upaya naif untuk menggabungkan relativitas dengan pengukuran kuantum secara teoritis mengarah pada komunikasi instan melintasi wilayah yang jauh. Penelitian ini menunjukkan bahwa masalah tersebut, yang dikenal dalam teori medan kuantum (QFT) sebagai “pengukuran yang mustahil,” juga muncul dalam fisika kuantum non-relativistik, di mana pengukuran gabungan tertentu pada sistem yang terpisah secara spasial dapat memungkinkan pemberian sinyal bahkan jika tidak ada pembawa fisik yang melakukan perjalanan di antara keduanya. para pihak.
Penelitian informasi kuantum non-relativistik sejalan dengan dilema yang terlihat di QFT, dan menunjukkan adanya tantangan mendasar yang sama. Pertanyaan krusialnya adalah mengidentifikasi pengukuran kuantum nonlokal (yaitu dilakukan pada dua sistem atau lebih tanpa menempatkannya di tempat yang sama) mana yang layak dilakukan tanpa melanggar prinsip tanpa sinyal. Ternyata pengukuran nonlokal dapat dilakukan tanpa melanggar no-signaling, namun tidak selalu ideal (yaitu, pengukuran tersebut tidak dapat diulangi secara sempurna dengan segera). Selain itu, hal ini dapat dilakukan dengan mengorbankan penggunaan status terjerat tambahan sebagai sumber daya.
Wawasan ini adalah kunci untuk memajukan pemahaman kita tentang pengukuran kuantum baik dalam lingkungan non-relativistik maupun di QFT, sehingga mendorong kita lebih dekat pada teori terpadu pengukuran kuantum.

► data BibTeX

► Referensi

[1] Lev Landau dan Rudolf Peierls. “Erweiterung des Unbestimmtheitsprinzips für die relativistische Quantentheorie”. Zeitschrift untuk Fisik 69, 56–69 (1931).

[2] Paul Arthur Schilpp. “Perpustakaan para filsuf yang hidup, volume 7. Albert Einstein: Filsuf-ilmuwan”. Perusahaan Penerbitan Tudor. (1949).

[3] KE Hellwig dan K Kraus. “Deskripsi formal pengukuran dalam teori medan kuantum lokal”. Tinjauan Fisik D 1, 566 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.1.566

[4] Yakir Aharonov dan David Z Albert. “Keadaan dan hal yang dapat diamati dalam teori medan kuantum relativistik”. Tinjauan Fisik D 21, 3316 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.21.3316

[5] Yakir Aharonov dan David Z Albert. “Bisakah kita memahami proses pengukuran dalam mekanika kuantum relativistik?”. Tinjauan Fisik D 24, 359 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.359

[6] Thiago Guerreiro, Bruno Sanguinetti, Hugo Zbinden, Nicolas Gisin, dan Antoine Suarez. “Antibunching seperti ruang foton tunggal”. Fisika Huruf A 376, 2174–2177 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2012.05.019

[7] John Earman dan Giovanni Valente. “Kausalitas relativistik dalam teori medan kuantum aljabar”. Studi Internasional dalam Filsafat Sains 28, 1–48 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02698595.2014.915652

[8] Rafael D Sorkin. “Pengukuran yang mustahil pada bidang kuantum”. Dalam Arah dalam relativitas umum: Prosiding Simposium Internasional 1993, Maryland. Jilid 2, halaman 293–305. (1993).

[9] Doreen Fraser dan Maria Papageorgiou. “Catatan tentang episode dalam sejarah pengukuran pemodelan di wilayah ruangwaktu lokal menggunakan QFT”. Jurnal Fisika Eropa H 48, 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] Maria Papageorgiou dan Doreen Fraser. “Menghilangkan” hal yang tidak mungkin”: Kemajuan terkini dalam teori pengukuran lokal untuk teori medan kuantum” (2023). arXiv:2307.08524.
arXiv: 2307.08524

[11] Leron Borsten, Ian Jubb, dan Graham Kells. “Pengukuran yang mustahil ditinjau kembali”. Tinjauan Fisik D 104, 025012 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.025012

[12] aku Jubb. “Pembaruan keadaan kausal dalam teori medan kuantum skalar nyata”. Tinjauan Fisik D 105, 025003 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.025003

[13] Emma Albertini dan Ian Jubb. “Apakah pengukuran ideal medan skalar nyata bersifat kausal?” (2023).

[14] Christopher J Fewster dan Rainer Verch. “Medan kuantum dan pengukuran lokal”. Komunikasi dalam Fisika Matematika 378, 851–889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] Christopher J Lebih Sedikit. “Skema pengukuran kovarian umum untuk teori medan kuantum dalam ruangwaktu melengkung”. Sedang Berlangsung dan Visi dalam Teori Kuantum dalam Pandangan Gravitasi: Menjembatani dasar-dasar fisika dan matematika. Halaman 253–268. Pegas (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] Henning Bostelmann, Christopher J Fewster, dan Maximilian H Ruep. “Pengukuran yang mustahil memerlukan peralatan yang mustahil”. Review Fisik D 103, 025017 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.103.025017

[17] Christopher J Fewster dan Rainer Verch. “Pengukuran dalam teori medan kuantum” (2023). arXiv:2304.13356.
arXiv: 2304.13356

[18] Nicolas Gisin. “Peluang kuantum: Nonlokalitas, teleportasi, dan keajaiban kuantum lainnya”. Peloncat. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] Yakir Aharonov, David Z Albert, dan Lev Vaidman. “Proses pengukuran dalam teori kuantum relativistik”. Tinjauan Fisik D 34, 1805 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.1805

[20] Sandu Popescu dan Lev Vaidman. “Batasan kausalitas pada pengukuran kuantum nonlokal”. Tinjauan Fisik A 49, 4331 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4331

[21] Berry Groisman dan Lev Vaidman. “Variabel nonlokal dengan status eigen status produk”. Jurnal Fisika A: Matematika dan Umum 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] Berry Groisman dan Benni Reznik. “Pengukuran keadaan semilokal dan terjerat tidak maksimal”. Tinjauan Fisik A 66, 022110 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.022110

[23] Lev Vaidman. “Pengukuran variabel nonlokal secara instan”. Surat Tinjauan Fisik 90, 010402 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.010402

[24] Berry Groisman, Benni Reznik, dan Lev Vaidman. “Pengukuran sesaat dari variabel nonlokal”. Jurnal Optik Modern 50, 943–949 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340308234543

[25] SR Clark, AJ Connor, D Jaksch, dan S Popescu. “Konsumsi keterjeratan pengukuran kuantum nonlokal sesaat”. Jurnal Fisika Baru 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] Salman Beigi dan Robert König. “Perhitungan kuantum non-lokal instan yang disederhanakan dengan aplikasi pada kriptografi berbasis posisi”. Jurnal Fisika Baru 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] Alvin Gonzales dan Eric Chitambar. “Terbatas pada komputasi kuantum nonlokal sesaat”. Transaksi IEEE pada Teori Informasi 66, 2951–2963 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2019.2950190

[28] David Beckman, Daniel Gottesman, Michael A Nielsen, dan John Preskill. “Operasi kuantum kausal dan dapat dilokalisasi”. Tinjauan Fisik A 64, 052309 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052309

[29] Nicolas Gisin. “Keterikatan 25 tahun setelah teleportasi kuantum: Menguji pengukuran bersama dalam jaringan kuantum”. Entropi 21, 325 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e21030325

[30] Flavio Del Santo, Jakub Czartowski, Karol Życzkowski, dan Nicolas Gisin. “Pangkalan dan pengukuran sambungan yang terjerat iso” (2023). arXiv:2307.06998.
arXiv: 2307.06998

[31] Sébastian de Bone, Runsheng Ouyang, Kenneth Goodenough, dan David Elkouss. “Protokol untuk membuat dan menyaring status GHZ multipartit dengan pasangan Bell”. Transaksi IEEE pada Rekayasa Kuantum 1, 1–10 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3044179

[32] Tein van der Lugt. “Batas relativistik pada operasi kuantum” (2021). arXiv:2108.05904.
arXiv: 2108.05904

[33] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann, dan Reinhard F Werner. “Operasi semikausal bersifat semilokalisasi”. Surat Eurofisika 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i2002-00579-4

[34] Eric G Cavalcanti, Rafael Chaves, Flaminia Giacomini, dan Yeong-Cherng Liang. “Perspektif baru tentang dasar-dasar fisika kuantum”. Ulasan Alam Fisika 5, 323–325 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s42254-023-00586-z

[35] Eric Chitambar, Debbie Leung, Laura Mančinska, Maris Ozols, dan Andreas Winter. “Segala sesuatu yang selalu ingin Anda ketahui tentang LOCC (tetapi takut untuk bertanya)”. Komunikasi dalam Fisika Matematika 328, 303–326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] Berry Groisman dan Sergii Strelchuk. “Jumlah keterjeratan optimal untuk membedakan keadaan kuantum secara instan”. Tinjauan Fisik A 92, 052337 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052337

[37] Giorgos Eftaxias, Mirjam Weilenmann, dan Roger Colbeck. “Pengukuran bersama di dunia kotak dan perannya dalam pemrosesan informasi” (2022). arXiv:2209.04474.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.108.062212
arXiv: 2209.04474

[38] Albert Much dan Rainer Verch. “Operasi lokal superluminal dalam teori medan kuantum: Tes bola ping-pong” (2023). arXiv:2308.16673.
https: / / doi.org/ 10.3390 / universe9100447
arXiv: 2308.16673

[39] Joseph-Maria Jauch dan Constantin Piron. “Tentang struktur sistem proposisi kuantal”. Helvetica Physica Acta 42, 842–848 (1969).

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

[41] N Gisin. “Kisi properti sistem kuantum yang terpisah secara spasial”. Laporan Fisika Matematika 23, 363–371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

Dikutip oleh

Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum