양자적 인과관계에 대한 실험은 숨겨진 비고전성을 드러낸다

"캣닢은 고양이를 행복하게 만든다", "농담은 웃음을 유발한다", "흥미로운 연구 원인"과 같은 인과 관계 설명 물리 세계 기사”는 세상에 대한 지식을 정리하는 유용한 방법입니다. 인과 관계의 수학은 역학에서 양자 물리학에 이르는 모든 것을 뒷받침합니다. 그러나 양자 세계에서 원인과 결과 사이의 연결은 그렇게 간단하지 않습니다. 국제 물리학 팀은 이제 인과 관계의 본질을 더 잘 이해하기 위해 고전적 인과 관계의 양자 위반을 사용했습니다. 이 과정에서 팀은 표준 방법이 시스템이 고전적이어야 함을 나타내는 상황에서 양자 행동을 발견했습니다. 그 결과는 양자 암호화에 적용할 수 있습니다.

양자 물리학에서 벨의 정리(Bell's theorem)로 알려진 결과에 따르면 로컬 "숨겨진" 변수를 통합하는 이론은 양자 역학이 예측하는 측정 결과 간의 상관 관계를 재현할 수 없습니다. 양자 시스템이 마찬가지로 고전적 인과 추론의 규칙을 무시하는 인과 추론 이론에서도 유사한 결과가 발생합니다. 인과 추론 접근 방식의 이면에 있는 아이디어는 두 변수 사이의 통계적 상관 관계가 두 변수 간의 직접적인 인과 관계로 인해 발생할 수 있지만 상관 관계에는 숨겨진 공통 원인의 기여도 포함될 수 있다는 것입니다. 어떤 경우에는 이 숨겨진 기여도를 정량화할 수 있으며 이는 Bell의 정리를 위반할 수 없는 경우에도 양자 상관 관계가 존재한다는 것을 보여주는 데 사용할 수 있습니다.

인과 구조를 추론하여 원인과 결과를 직접 통제합니다.

최신 연구에서는 실험 물리학자가 이끄는 팀 Davide Poderini와 동료들 브라질, 독일, 이탈리아, 폴란드에서는 이론과 실험을 결합하여 그렇지 않으면 고전적으로 보일 시스템에서 양자 현상을 보여줍니다. 연구자들은 두 변수 A와 B 사이의 상관 관계가 하나가 다른 변수의 원인임을 암시하는지 또는 다른(잠재적으로 관찰되지 않은) 변수가 상관 관계의 소스일 수 있는지 여부를 고려하여 원인과 결과의 개념을 탐구합니다.

조사에서 연구원들은 변수 A의 통계가 변수 B의 통계에 직접적으로 또는 두 변수의 결과를 연결하는 공통 소스(Λ라고 함)의 작용에 의해 변수 B의 통계에 영향을 미치는 인과 모델(이미지 참조)을 사용합니다. 그들 사이의 인과 관계의 존재. 이 두 시나리오를 구별하기 위해 연구원은 외부 영향을 지우는 변수 A에 대한 개입을 수행합니다. 이것은 변수 A를 실험자의 완전한 통제하에 두어 A와 B 사이의 직접적인 인과 관계를 추정하는 것을 가능하게 합니다.

또는 B 및 Λ에 독립적인 추가 변수 X를 도입함으로써 변수 A와 B 사이의 관찰된 상관 관계를 조건부 확률로 분해할 수 있습니다. 이러한 조건부 확률은 변수 간의 인과적 영향 정도에 대한 하한선을 설정하여 A와 B 사이의 영향 수준을 추정할 수 있게 합니다.

연구자들은 이 하한을 도구적 불평등이라고 부르며 (Bell의 정리에서 발생하는 불평등과 유사) 이 인과 구조를 실험에 부과함으로써 유래하는 고전적 제약입니다. 결과적으로 변수 A와 B 사이의 양자 인과 영향 정도는 고전 시스템에서 요구되는 최소값보다 작아서 벨 부등식을 위반하지 않더라도 개입을 통해 비고전성을 관찰할 수 있습니다.

실험적 개입은 양자 효과를 나타냅니다.

도구적 인과 과정을 관찰하기 위해 연구원들은 얽힌 편광을 가진 광자 쌍을 생성하고 상태 공간 또는 염기의 다른 표현에서 측정했습니다. 광자의 얽힌 특성 덕분에 하나의 기반 선택은 다른 하나의 측정에 의해 결정되어 두 변수 간의 직접적인 인과 관계를 구현하는 "피드포워드" 메커니즘을 생성합니다. 이 피드포워드 프로세스의 결과로 연구자들은 서로 다른 정도의 얽힘을 특징으로 하는 여러 양자 상태를 생성함으로써 두 변수 사이의 인과적 영향에 대한 고전적 하한의 위반을 실험적으로 관찰합니다.

Bell의 부등식과 마찬가지로 이 고전적인 하한을 위반하는 것은 양자 상관 관계의 서명을 나타냅니다. 또한 모든 기본 양자 암호화 프로토콜의 기초 역할을 할 수 있는 통계 데이터를 생성합니다. 현재의 암호 프로토콜은 Bell의 정리에 의존하지만 도구적 개입에서 인과 구조를 추론하는 것은 고전적 인과성과 양자 이론 간의 보다 일반적인 호환성을 나타냅니다. Poderini와 그의 동료들은 새로운 양자 기술을 개발하는 데 활용할 수 있는 더 풍부한 상관 관계를 가진 복잡한 네트워크를 탐색하기 위해 다양한 인과 관계 시나리오를 실험하려고 합니다. 연구원들은 그들의 실험 기술이 암호화 프로토콜에서 양자적 이점으로 이어질 수 있으며, 이를 통해 보다 탄력적이고 기술적으로 덜 요구되는 암호화 도구를 실현할 수 있다고 믿습니다.

포스트 양자적 인과관계에 대한 실험은 숨겨진 비고전성을 드러낸다 첫 번째 등장 물리 세계.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/experiments-with-quantum-cause-and-effect-reveal-hidden-nonclassicality/