Op weg naar een meettheorie in QFT: “Onmogelijke” kwantummetingen zijn mogelijk maar niet ideaal

Op weg naar een meettheorie in QFT: “Onmogelijke” kwantummetingen zijn mogelijk maar niet ideaal

Tijdstempel: 27 februari 2024 5:27 uur

Nicolas Gisin en Flavio Del Santo

Groep Technische Natuurkunde, Universiteit van Genève, 1211 Genève, Zwitserland
Constructor Universiteit, Genève, Zwitserland

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Naïeve pogingen om relativiteits- en kwantummetingen samen te brengen leiden tot signalering tussen ruimtelijk gescheiden regio's. In QFT staan ​​deze bekend als $textit{onmogelijke metingen}$. We laten zien dat hetzelfde probleem zich voordoet in de niet-relativistische kwantumfysica, waar gezamenlijke niet-lokale metingen (dat wil zeggen tussen systemen die ruimtelijk gescheiden worden gehouden) in het algemeen leiden tot signalering, terwijl je geen-signalering zou verwachten (bijvoorbeeld gebaseerd op het $textit{principe). van niet-niet-fysieke communicatie}$). Dit roept de vraag op: welke niet-lokale kwantummetingen zijn fysiek mogelijk? We beoordelen en ontwikkelen verder een niet-relativistische benadering van kwantuminformatie, ontwikkeld onafhankelijk van de onmogelijke metingen in QFT, en laten zien dat deze twee vrijwel hetzelfde probleem hebben aangepakt. De niet-relativistische oplossing laat zien dat alle niet-lokale metingen $lokaliseerbaar$ zijn (dat wil zeggen, ze kunnen op afstand worden uitgevoerd zonder de 'niet-signalering' te schenden), maar ze (i) kunnen willekeurig grote, verstrengelde bronnen vereisen en (ii) kunnen in het algemeen niet worden uitgevoerd. $ideaal$, dat wil zeggen, zijn niet onmiddellijk reproduceerbaar. Deze overwegingen zouden kunnen helpen bij de ontwikkeling van een complete meettheorie in QFT.

Op weg naar een meettheorie in QFT: ‘onmogelijke’ kwantummetingen zijn mogelijk, maar niet ideaal PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

Uitgelichte afbeelding: ‘Onmogelijke metingen’ zijn ook een probleem van de niet-relativistische kwantumfysica. Door verstrengelde toestanden als hulpbronnen te gebruiken, is het echter mogelijk om niet-lokale metingen uit te voeren zonder de no-signalering te schenden. Toch kunnen deze metingen niet ideaal zijn.

Populaire samenvatting

Naïeve pogingen om relativiteit te combineren met kwantummetingen leiden theoretisch tot onmiddellijke communicatie tussen verre gebieden. Dit werk laat zien dat een dergelijk probleem, in de kwantumveldentheorie (QFT) bekend als ‘onmogelijke metingen’, ook voorkomt in de niet-relativistische kwantumfysica, waar bepaalde gezamenlijke metingen op ruimtelijk gescheiden systemen signalering mogelijk zouden kunnen maken, zelfs als er geen fysieke drager tussen de systemen reist. de feestjes.
Onderzoek naar niet-relativistische kwantuminformatie loopt parallel met de dilemma's die we in QFT tegenkomen, wat wijst op een gemeenschappelijke onderliggende uitdaging. De cruciale vraag is het identificeren van welke niet-lokale (dat wil zeggen uitgevoerd op twee of meer systemen zonder ze op dezelfde plaats te brengen) kwantummetingen haalbaar zijn zonder het no-signaleringsprincipe te schenden. Het blijkt dat niet-lokale metingen kunnen worden uitgevoerd zonder de no-signalering te schenden, maar dat ze niet altijd ideaal kunnen zijn (dat wil zeggen, ze kunnen niet perfect onmiddellijk worden herhaald). Bovendien kunnen ze worden uitgevoerd ten koste van het gebruik van extra verstrengelde staten als hulpbronnen.
Deze inzichten zijn van cruciaal belang voor het bevorderen van ons begrip van kwantummeting, zowel in niet-relativistische omgevingen als in QFT, en brengen ons dichter bij een uniforme theorie van kwantummeting.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

[1] Lev Landau en Rudolf Peierls. "Erweiterung des Unbestimmtheitsprinzips für die relativistische kwantitatieve theorie". Zeitschrift voor Physik 69, 56-69 (1931).

[2] Paul Arthur Schilpp. “De bibliotheek van levende filosofen, deel 7. Albert Einstein: Filosoof-wetenschapper”. Uitgeverij Tudor. (1949).

[3] KE Hellwig en K Kraus. ‘Formele beschrijving van metingen in de lokale kwantumveldentheorie’. Fysisch overzicht D 1, 566 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.1.566

[4] Yakir Aharonov en David Z Albert. “States en waarneembare in relativistische kwantumveldentheorieën”. Fysisch overzicht D 21, 3316 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.21.3316

[5] Yakir Aharonov en David Z Albert. "Kunnen we het meetproces in de relativistische kwantummechanica begrijpen?". Fysisch overzicht D 24, 359 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.359

[6] Thiago Guerreiro, Bruno Sanguinetti, Hugo Zbinden, Nicolas Gisin en Antoine Suarez. "Single-foton ruimte-achtige antibunching". Natuurkundebrieven A 376, 2174–2177 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2012.05.019

[7] John Earman en Giovanni Valente. ‘Relativistische causaliteit in de algebraïsche kwantumveldentheorie’. Internationale studies in de wetenschapsfilosofie 28, 1–48 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02698595.2014.915652

[8] Rafael D Sorkin. “Onmogelijke metingen aan kwantumvelden”. In Richtingen in de algemene relativiteitstheorie: Proceedings of the 1993 International Symposium, Maryland. Deel 2, pagina's 293–305. (1993).

[9] Doreen Fraser en Maria Papageorgiou. "Opmerking over episoden in de geschiedenis van het modelleren van metingen in lokale ruimtetijdgebieden met behulp van QFT". Het Europese fysieke tijdschrift H 48, 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] Maria Papageorgiou en Doreen Fraser. "Het" onmogelijke elimineren ": recente vooruitgang op het gebied van lokale meettheorie voor kwantumveldentheorie" (2023). arXiv:2307.08524.
arXiv: 2307.08524

[11] Leron Borsten, Ian Jubb en Graham Kells. “Onmogelijke metingen opnieuw bekeken”. Fysiek overzicht D 104, 025012 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.025012

[12] Ik Jubb. "Causale statusupdates in echte scalaire kwantumveldentheorie". Fysieke beoordeling D 105, 025003 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.025003

[13] Emma Albertini en Ian Jubb. "Zijn ideale metingen van echte scalaire velden causaal?" (2023).

[14] Christopher J Fewster en Rainer Verch. "Kwantumvelden en lokale metingen". Communicatie in de wiskundige natuurkunde 378, 851–889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] Christopher J Fewster. "Een algemeen covariant meetschema voor kwantumveldentheorie in gekromde ruimtetijden". In uitvoering en visies in de kwantumtheorie in het licht van de zwaartekracht: het overbruggen van fundamenten van natuurkunde en wiskunde. Pagina's 253–268. Springer (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] Henning Bostelmann, Christopher J Fewster en Maximilian H Ruep. “Onmogelijke metingen vereisen onmogelijke apparatuur”. Fysiek overzicht D 103, 025017 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.103.025017

[17] Christopher J Fewster en Rainer Verch. “Meting in de kwantumveldentheorie” (2023). arXiv:2304.13356.
arXiv: 2304.13356

[18] Nicolaas Gisin. "Kwantumkans: non-lokaliteit, teleportatie en andere kwantumwonderen". Springer. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] Yakir Aharonov, David Z Albert en Lev Vaidman. ‘Meetproces in de relativistische kwantumtheorie’. Fysieke recensie D 34, 1805 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.1805

[20] Sandu Popescu en Lev Vaidman. ‘Causaliteitsbeperkingen voor niet-lokale kwantummetingen’. Fysieke recensie A 49, 4331 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4331

[21] Berry Groisman en Lev Vaidman. "Niet-lokale variabelen met eigentoestanden van producttoestanden". Journal of Physics A: Wiskundig en algemeen 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] Berry Groisman en Benni Reznik. ‘Metingen van semilokale en niet-maximaal verstrengelde staten’. Fysieke beoordeling A 66, 022110 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.022110

[23] Lev Vaidman. "Onmiddellijke meting van niet-lokale variabelen". Fysieke beoordelingsbrieven 90, 010402 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.010402

[24] Berry Groisman, Benni Reznik en Lev Vaidman. "Onmiddellijke metingen van niet-lokale variabelen". Journal of Modern Optics 50, 943-949 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340308234543

[25] SR Clark, AJ Connor, D Jaksch en S Popescu. ‘Verstrengelingsconsumptie van onmiddellijke niet-lokale kwantummetingen’. Nieuw Journal of Physics 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] Salman Beigi en Robert König. "Vereenvoudigde onmiddellijke niet-lokale kwantumberekening met toepassingen op positiegebaseerde cryptografie". Nieuw Journal of Physics 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] Alvin Gonzales en Eric Chitambar. "Grenzen aan onmiddellijke niet-lokale kwantumberekening". IEEE-transacties over informatietheorie 66, 2951–2963 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2019.2950190

[28] David Beckman, Daniel Gottesman, Michael A Nielsen en John Preskill. "Causale en lokaliseerbare kwantumoperaties". Fysieke beoordeling A 64, 052309 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052309

[29] Nicolaas Gisin. "Verstrengeling 25 jaar na kwantumteleportatie: het testen van gezamenlijke metingen in kwantumnetwerken". Entropie 21, 325 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e21030325

[30] Flavio Del Santo, Jakub Czartowski, Karol Życzkowski en Nicolas Gisin. “Iso-verstrengelde bases en gezamenlijke metingen” (2023). arXiv:2307.06998.
arXiv: 2307.06998

[31] Sébastian de Bone, Runsheng Ouyang, Kenneth Goodenough en David Elkouss. "Protocollen voor het creëren en destilleren van multipartiete GHZ-toestanden met Bell-paren". IEEE-transacties op Quantum Engineering 1, 1–10 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3044179

[32] Tein van der Lugt. “Relativistische grenzen aan kwantumoperaties” (2021). arXiv:2108.05904.
arXiv: 2108.05904

[33] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann en Reinhard F. Werner. “Semicausale operaties zijn semilokaliseerbaar”. Europhysics Letters 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / EPL / i2002-00579-4

[34] Eric G Cavalcanti, Rafael Chaves, Flaminia Giacomini en Yeong-Cherng Liang. “Verfrissende perspectieven op de fundamenten van de kwantumfysica”. Natuurrecensies Natuurkunde 5, 323–325 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s42254-023-00586-z

[35] Eric Chitambar, Debbie Leung, Laura Mančinska, Maris Ozols en Andreas Winter. “Alles wat je altijd al wilde weten over LOCC (maar niet durfde te vragen)”. Communicatie in de wiskundige natuurkunde 328, 303–326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] Berry Groisman en Sergii Strelchuk. "Optimale hoeveelheid verstrengeling om kwantumtoestanden onmiddellijk te onderscheiden". Fysieke beoordeling A 92, 052337 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052337

[37] Giorgos Eftaxias, Mirjam Weilenmann en Roger Colbeck. “Gezamenlijke metingen in boxworld en hun rol in informatieverwerking” (2022). arXiv:2209.04474.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.108.062212
arXiv: 2209.04474

[38] Albert Much en Rainer Verch. “Superluminale lokale operaties in de kwantumveldentheorie: een pingpongbaltest” (2023). arXiv:2308.16673.
https: / / doi.org/ 10.3390 / universe9100447
arXiv: 2308.16673

[39] Joseph-Maria Jauch en Constantin Piron. "Over de structuur van kwantitatieve propositiesystemen". Helvetica Physica Acta 42, 842-848 (1969).

[40] Constantijn Pion. “Axiomatique kwantique”. Helvetica Physica Acta 37, 439 (1964).

[41] N Gisin. "Het eigendomsrooster van ruimtelijk gescheiden kwantumsystemen". Rapporten over wiskundige natuurkunde 23, 363–371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

Geciteerd door

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal