Mot en måleteori i QFT: «Umulige» kvantemålinger er mulige, men ikke ideelle

Mot en måleteori i QFT: «Umulige» kvantemålinger er mulige, men ikke ideelle

Tidsstempel: 27. februar 2024 5:27

Nicolas Gisin og Flavio Del Santo

Gruppe for anvendt fysikk, Universitetet i Genève, 1211 Genève, Sveits
Constructor University, Genève, Sveits

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Naive forsøk på å sette sammen relativitetsteori og kvantemålinger fører til signalisering mellom romlignende separerte regioner. I QFT er disse kjent som $textit{umulige mål}$. Vi viser at det samme problemet oppstår i ikke-relativistisk kvantefysikk, der felles ikke-lokale målinger (dvs. mellom systemer holdt romlig adskilt) generelt fører til signalering, mens man ville forvente ingen signalering (basert for eksempel på $textit{-prinsippet) av ikke-fysisk kommunikasjon}$). Dette reiser spørsmålet: Hvilke ikke-lokale kvantemålinger er fysisk mulige? Vi gjennomgår og videreutvikler en ikke-relativistisk kvanteinformasjonstilnærming utviklet uavhengig av de umulige målingene i QFT, og viser at disse to har adressert praktisk talt det samme problemet. Den ikke-relativistiske løsningen viser at alle ikke-lokale målinger er $lokaliserbare$ (dvs. de kan utføres på avstand uten å bryte med ikke-signalering), men de (i) kan kreve vilkårlig store sammenfiltrede ressurser og (ii) kan generelt ikke være $ideal$, dvs. er ikke umiddelbart reproduserbare. Disse betraktningene kan hjelpe til med å lede utviklingen av en komplett teori for måling i QFT.

Mot en måleteori i QFT: «Umulige» kvantemålinger er mulige, men ikke ideelle PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

Utvalgt bilde: "Umulige målinger" er også et problem med ikke-relativistisk kvantefysikk. Ved å bruke sammenfiltrede tilstander som ressurser, er det imidlertid mulig å utføre ikke-lokale målinger uten å bryte ikke-signalering. Likevel kan disse målingene ikke være ideelle.

Populært sammendrag

Naive forsøk på å slå sammen relativitetsteori med kvantemålinger fører teoretisk til øyeblikkelig kommunikasjon på tvers av fjerne regioner. Dette arbeidet viser at et slikt problem, kjent i kvantefeltteori (QFT) som «umulige målinger», også dukker opp i ikke-relativistisk kvantefysikk, der visse felles målinger på romlig adskilte systemer kan muliggjøre signalering selv om ingen fysisk bærer reiser mellom Partiene.
Forskning i ikke-relativistisk kvanteinformasjon har parallelt med dilemmaene sett i QFT, noe som tyder på en vanlig underliggende utfordring. Det avgjørende spørsmålet er å identifisere hvilke ikke-lokale (dvs. utført på to eller flere systemer uten å bringe dem på samme sted) kvantemålinger som er gjennomførbare uten å bryte no-signaleringsprinsippet. Det viser seg at ikke-lokale målinger kan gjøres uten å bryte ikke-signalering, men kan ikke alltid være ideelle (dvs. de kan ikke gjentas perfekt umiddelbart). Dessuten kan de utføres på bekostning av å bruke ytterligere sammenfiltrede tilstander som ressurser.
Denne innsikten er nøkkelen til å fremme vår forståelse av kvantemåling både i ikke-relativistiske omgivelser og i QFT, og dytter oss nærmere en enhetlig teori om kvantemåling.

► BibTeX-data

► Referanser

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

[2] Paul Arthur Schilpp. "The library of living philosophers, bind 7. Albert Einstein: Filosof-vitenskapsmann". Tudor Publishing Company. (1949).

[3] KE Hellwig og K Kraus. "Formell beskrivelse av målinger i lokal kvantefeltteori". Physical Review D 1, 566 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.1.566

[4] Yakir Aharonov og David Z Albert. "Tilstander og observerbare i relativistiske kvantefeltteorier". Physical Review D 21, 3316 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.21.3316

[5] Yakir Aharonov og David Z Albert. "Kan vi gi mening ut av måleprosessen i relativistisk kvantemekanikk?". Physical Review D 24, 359 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.359

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

[7] John Earman og Giovanni Valente. "Relativistisk kausalitet i algebraisk kvantefeltteori". International Studies in the Philosophy of Science 28, 1–48 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02698595.2014.915652

[8] Rafael D Sorkin. "Umulige målinger på kvantefelt". I retninger i generell relativitet: Proceedings of the 1993 International Symposium, Maryland. Bind 2, side 293–305. (1993).

[9] Doreen Fraser og Maria Papageorgiou. "Merknad om episoder i historien om modellering av målinger i lokale romtidsregioner ved bruk av QFT". The European Physical Journal H 48, 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] Maria Papageorgiou og Doreen Fraser. "Eliminering av det" umulige: Nylig fremgang på lokal måleteori for kvantefeltteori" (2023). arXiv:2307.08524.
arxiv: 2307.08524

[11] Leron Borsten, Ian Jubb og Graham Kells. "Umulige målinger besøkes på nytt". Fysisk gjennomgang D 104, 025012 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.025012

[12] Jeg Jubb. "Årsakstilstandsoppdateringer i ekte skalar kvantefeltteori". Physical Review D 105, 025003 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.025003

[13] Emma Albertini og Ian Jubb. "Er ideelle målinger av virkelige skalarfelt kausale?" (2023).

[14] Christopher J Fewster og Rainer Verch. "Kvantefelt og lokale målinger". Kommunikasjon i matematisk fysikk 378, 851–889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] Christopher J Fewster. "Et generelt samvariant måleskjema for kvantefeltteori i buede romtider". Pågående og visjoner i kvanteteori med tanke på tyngdekraften: bygge bro mellom fysikk og matematikk. Side 253–268. Springer (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] Henning Bostelmann, Christopher J Fewster og Maximilian H Ruep. "Umulige målinger krever umulige apparater". Fysisk gjennomgang D 103, 025017 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.103.025017

[17] Christopher J Fewster og Rainer Verch. "Måling i kvantefeltteori" (2023). arXiv:2304.13356.
arxiv: 2304.13356

[18] Nicolas Gisin. "Kvantesjans: Ikke-lokalitet, teleportering og andre kvantevidunder". Springer. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] Yakir Aharonov, David Z Albert og Lev Vaidman. "Måleprosess i relativistisk kvanteteori". Physical Review D 34, 1805 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.1805

[20] Sandu Popescu og Lev Vaidman. "Kausalitetsbegrensninger på ikke-lokale kvantemålinger". Physical Review A 49, 4331 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4331

[21] Berry Groisman og Lev Vaidman. "Ikke-lokale variabler med egentilstander i produkttilstand". Journal of Physics A: Mathematical and General 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] Berry Groisman og Benni Reznik. "Målinger av semilokale og ikke-maksimalt sammenfiltrede tilstander". Physical Review A 66, 022110 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.022110

[23] Lev Vaidman. "Øyeblikkelig måling av ikke-lokale variabler". Physical Review Letters 90, 010402 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.010402

[24] Berry Groisman, Benni Reznik og Lev Vaidman. "Øyeblikkelige målinger av ikke-lokale variabler". Journal of Modern Optics 50, 943–949 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340308234543

[25] SR Clark, AJ Connor, D Jaksch og S Popescu. "Forviklingsforbruk av øyeblikkelige ikke-lokale kvantemålinger". New Journal of Physics 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] Salman Beigi og Robert König. "Forenklet øyeblikkelig ikke-lokal kvanteberegning med applikasjoner til posisjonsbasert kryptografi". New Journal of Physics 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] Alvin Gonzales og Eric Chitambar. "Grenser for øyeblikkelig ikke-lokal kvanteberegning". 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 og John Preskill. "Kausale og lokaliserbare kvanteoperasjoner". Physical Review A 64, 052309 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052309

[29] Nicolas Gisin. "Entanglement 25 år etter kvanteteleportering: Testing av felles målinger i kvantenettverk". Entropy 21, 325 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e21030325

[30] Flavio Del Santo, Jakub Czartowski, Karol Życzkowski og Nicolas Gisin. "Iso-sammenfiltrede baser og leddmålinger" (2023). arXiv:2307.06998.
arxiv: 2307.06998

[31] Sébastian de Bone, Runsheng Ouyang, Kenneth Goodenough og David Elkouss. "Protokoller for å lage og destillere multipartite GHZ-tilstander med Bell-par". IEEE Transactions on Quantum Engineering 1, 1–10 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3044179

[32] Tein van der Lugt. "Relativistiske grenser for kvanteoperasjoner" (2021). arXiv:2108.05904.
arxiv: 2108.05904

[33] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann og Reinhard F Werner. "Semikausale operasjoner er semilokaliserbare". Europhysics Letters 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / EPL / i2002-00579-4

[34] Eric G Cavalcanti, Rafael Chaves, Flaminia Giacomini og Yeong-Cherng Liang. "Friske perspektiver på grunnlaget for kvantefysikk". 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 og Andreas Winter. "Alt du alltid ønsket å vite om LOCC (men var redd for å spørre)". Communications in Mathematical Physics 328, 303–326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] Berry Groisman og Sergii Strelchuk. "Optimal mengde sammenfiltring for å skille kvantetilstander øyeblikkelig". Physical Review A 92, 052337 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052337

[37] Giorgos Eftaxias, Mirjam Weilenmann og Roger Colbeck. "Fellesmålinger i boksverden og deres rolle i informasjonsbehandling" (2022). arXiv:2209.04474.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.108.062212
arxiv: 2209.04474

[38] Albert Much og Rainer Verch. "Superluminale lokale operasjoner i kvantefeltteori: En pingpongballtest" (2023). arXiv:2308.16673.
https://​/​doi.org/​10.3390/​universe9100447
arxiv: 2308.16673

[39] Joseph-Maria Jauch og Constantin Piron. "Om strukturen til kvanteproposisjonssystemer". Helvetica Physica Acta 42, 842–848 (1969).

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

[41] N Gisin. "Egenskapsgitteret til romlig adskilte kvantesystemer". Reports on Mathematical Physics 23, 363–371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

Sitert av

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.

Tidstempel:

Mer fra Kvantejournal