W kierunku teorii pomiaru w QFT: „Niemożliwe” pomiary kwantowe są możliwe, ale nie idealne

W kierunku teorii pomiaru w QFT: „Niemożliwe” pomiary kwantowe są możliwe, ale nie idealne

Znacznik czasu: 27 lutego 2024 r. 5:27

Nicolasa Gisina i Flavio Del Santo

Grupa Fizyki Stosowanej, Uniwersytet Genewski, 1211 Genewa, Szwajcaria
Uniwersytet Konstruktorów w Genewie, Szwajcaria

Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.

Abstrakcyjny

Naiwne próby połączenia teorii względności i pomiarów kwantowych prowadzą do sygnalizacji pomiędzy oddzielnymi obszarami przypominającymi przestrzeń. W QFT są one znane jako $textit{niemożliwe pomiary}$. Pokazujemy, że ten sam problem pojawia się w nierelatywistycznej fizyce kwantowej, gdzie wspólne pomiary nielokalne (tj. pomiędzy systemami oddzielonymi przestrzennie) na ogół prowadzą do sygnalizacji, podczas gdy można by oczekiwać braku sygnalizacji (w oparciu na przykład o zasadę $textit{ komunikacji niefizycznej}$). Nasuwa się pytanie: Które nielokalne pomiary kwantowe są fizycznie możliwe? Dokonujemy przeglądu i rozwijamy nierelatywistyczne podejście do informacji kwantowej opracowane niezależnie od niemożliwych pomiarów w QFT i pokazujemy, że oba rozwiązania rozwiązują praktycznie ten sam problem. Rozwiązanie nierelatywistyczne pokazuje, że wszystkie pomiary nielokalne można „lokalizować” (tj. można je przeprowadzić na odległość bez naruszania braku sygnalizacji), ale (i) mogą wymagać dowolnie dużych splątanych zasobów i (ii) w ogólności nie mogą być $ideal$, tj. nie są natychmiast odtwarzalne. Rozważania te mogą pomóc w opracowaniu kompletnej teorii pomiaru w QFT.

W stronę teorii pomiaru w QFT: „Niemożliwe” pomiary kwantowe są możliwe, ale nie są idealne w PlatoBlockchain Data Intelligence. Wyszukiwanie pionowe. AI.

Wyróżniony obraz: „Niemożliwe pomiary” to także problem nierelatywistycznej fizyki kwantowej. Wykorzystując stany splątane jako zasoby, możliwe jest jednak wykonywanie pomiarów nielokalnych bez naruszania braku sygnalizacji. Jednak te pomiary nie mogą być idealne.

Popularne podsumowanie

Naiwne próby połączenia teorii względności z pomiarami kwantowymi teoretycznie prowadzą do natychmiastowej komunikacji w odległych regionach. Niniejsza praca pokazuje, że taki problem, znany w kwantowej teorii pola (QFT) jako „niemożliwe pomiary”, pojawia się także w nierelatywistycznej fizyce kwantowej, gdzie pewne wspólne pomiary w układach oddzielonych przestrzennie mogłyby umożliwić sygnalizację nawet jeśli między nimi nie przemieszcza się żaden nośnik fizyczny. partie.
Badania nad nierelatywistyczną informacją kwantową odpowiadają dylematom obserwowanym w QFT, sugerując wspólne wyzwanie. Kluczową kwestią jest określenie, które nielokalne (tj. wykonywane w dwóch lub większej liczbie systemów bez umieszczania ich w tym samym miejscu) pomiary kwantowe są wykonalne bez łamania zasady braku sygnalizacji. Okazuje się, że pomiary nielokalne można wykonać bez naruszania zasady braku sygnalizacji, ale nie zawsze mogą one być idealne (tj. nie można ich natychmiast idealnie powtórzyć). Co więcej, można je realizować kosztem wykorzystania dodatkowych stanów splątanych jako zasobów.
Te spostrzeżenia są kluczem do lepszego zrozumienia pomiarów kwantowych zarówno w ustawieniach nierelatywistycznych, jak i w QFT, przybliżając nas do ujednoliconej teorii pomiarów kwantowych.

► Dane BibTeX

► Referencje

[1] Leva Landaua i Rudolfa Peierlsa. „Erweiterung des Unbestimmtheitsprinzips für die relativistische Quantentheorie”. Zeitschrift für Physik 69, 56–69 (1931).

[2] Paul Arthur Schilpp. „Biblioteka żywych filozofów, tom 7. Albert Einstein: filozof-naukowiec”. Wydawnictwo Tudor. (1949).

[3] KE Hellwiga i K Krausa. „Formalny opis pomiarów w lokalnej kwantowej teorii pola”. Przegląd fizyczny D 1, 566 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.1.566

[4] Yakir Aharonov i David Z Albert. „Stany i obserwacje w relatywistycznych kwantowych teoriach pola”. Przegląd fizyczny D 21, 3316 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.21.3316

[5] Yakir Aharonov i David Z Albert. „Czy możemy nadać sens procesowi pomiaru w relatywistycznej mechanice kwantowej?”. Przegląd fizyczny D 24, 359 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.359

[6] Thiago Guerreiro, Bruno Sanguinetti, Hugo Zbinden, Nicolas Gisin i Antoine Suarez. „Pojedyncze fotonowe antygrupowanie przypominające przestrzeń”. Litery fizyki A 376, 2174–2177 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2012.05.019

[7] Johna Earmana i Giovanniego Valente. „Relatywistyczna przyczynowość w algebraicznej kwantowej teorii pola”. International Studies in the Philosophy of Science 28, 1–48 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02698595.2014.915652

[8] Rafael D. Sorkin. „Niemożliwe pomiary na polach kwantowych”. W Kierunkach ogólnej teorii względności: Proceedings of the International Symposium 1993, Maryland. Tom 2, strony 293–305. (1993).

[9] Doreen Fraser i Maria Papageorgiou. „Uwaga dotycząca epizodów w historii modelowania pomiarów w lokalnych obszarach czasoprzestrzeni przy użyciu QFT”. The European Physical Journal H 48, 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] Marii Papageorgiou i Doreen Fraser. „Eliminowanie „niemożliwego”: najnowsze postępy w zakresie lokalnej teorii pomiarów na potrzeby kwantowej teorii pola” (2023). arXiv:2307.08524.
arXiv: 2307.08524

[11] Leron Borsten, Ian Jubb i Graham Kells. „Ponowne spojrzenie na niemożliwe pomiary”. Przegląd fizyczny D 104, 025012 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.025012

[12] Ja Jubb. „Aktualizacja stanu przyczynowego w rzeczywistej skalarnej kwantowej teorii pola”. Przegląd fizyczny D 105, 025003 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.025003

[13] Emmę Albertini i Iana Jubba. „Czy idealne pomiary rzeczywistych pól skalarnych są przyczynowe?” (2023).

[14] Christophera J. Fewstera i Rainera Vercha. „Pola kwantowe i pomiary lokalne”. Komunikacja w fizyce matematycznej 378, 851–889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] Christophera J. Fewstera. „Ogólnie kowariantny schemat pomiaru dla kwantowej teorii pola w zakrzywionych czasoprzestrzeniach”. W toku i wizje w teorii kwantowej w świetle grawitacji: pomostowe podstawy fizyki i matematyki. Strony 253–268. Springera (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] Henning Bostelmann, Christopher J. Fewster i Maximilian H. Ruep. „Niemożliwe pomiary wymagają niemożliwej aparatury”. Przegląd fizyczny D 103, 025017 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.103.025017

[17] Christophera J. Fewstera i Rainera Vercha. „Pomiary w kwantowej teorii pola” (2023). arXiv:2304.13356.
arXiv: 2304.13356

[18] Mikołaj Gisin. „Szansa kwantowa: nielokalność, teleportacja i inne cuda kwantowe”. Skoczek. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] Yakir Aharonov, David Z Albert i Lev Vaidman. „Proces pomiaru w relatywistycznej teorii kwantowej”. Przegląd fizyczny D 34, 1805 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.1805

[20] Sandu Popescu i Leva Vaidmana. „Ograniczenia przyczynowości nielokalnych pomiarów kwantowych”. Przegląd fizyczny A 49, 4331 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4331

[21] Berry’ego Groismana i Leva Vaidmana. „Zmienne nielokalne ze stanami własnymi produktu”. Journal of Physics A: Mathematical and General 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] Berry Groisman i Benni Reznik. „Pomiary stanów semilokalnych i niemaksymalnie splątanych”. Przegląd fizyczny A 66, 022110 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.022110

[23] Lew Vaidman. „Chwilowy pomiar zmiennych nielokalnych”. Listy przeglądu fizycznego 90, 010402 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.010402

[24] Berry Groisman, Benni Reznik i Lev Vaidman. „Chwilowe pomiary zmiennych nielokalnych”. Journal of Modern Optics 50, 943–949 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340308234543

[25] SR Clark, AJ Connor, D. Jaksch i S. Popescu. „Zużycie splątania chwilowych nielokalnych pomiarów kwantowych”. New Journal of Physics 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] Salmana Beigiego i Roberta Königa. „Uproszczone chwilowe nielokalne obliczenia kwantowe z zastosowaniami do kryptografii opartej na położeniu”. New Journal of Physics 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] Alvina Gonzalesa i Erica Chitambara. „Granice chwilowych nielokalnych obliczeń kwantowych”. Transakcje IEEE dotyczące teorii informacji 66, 2951–2963 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2019.2950190

[28] Davida Beckmana, Daniela Gottesmana, Michaela A. Nielsena i Johna Preskilla. „Przyczynowe i lokalizowalne operacje kwantowe”. Przegląd fizyczny A 64, 052309 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052309

[29] Mikołaj Gisin. „Splątanie 25 lat po teleportacji kwantowej: testowanie wspólnych pomiarów w sieciach kwantowych”. Entropia 21, 325 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e21030325

[30] Flavio Del Santo, Jakub Czartowski, Karol Życzkowski i Nicolas Gisin. „Izo-splątane podstawy i pomiary stawów” (2023). arXiv:2307.06998.
arXiv: 2307.06998

[31] Sébastian de Bone, Runsheng Ouyang, Kenneth Goodenough i David Elkouss. „Protokoły tworzenia i destylacji wieloczęściowych stanów GHZ za pomocą par Bell”. Transakcje IEEE dotyczące inżynierii kwantowej 1, 1–10 (2020).
https: // doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3044179

[32] Teina van der Lugta. „Relatywistyczne ograniczenia operacji kwantowych” (2021). arXiv:2108.05904.
arXiv: 2108.05904

[33] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann i Reinhard F. Werner. „Operacje półkauzalne można częściowo zlokalizować”. Listy eurofizyczne 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i2002-00579-4

[34] Eric G Cavalcanti, Rafael Chaves, Flaminia Giacomini i Yeong-Cherng Liang. „Świeże spojrzenie na podstawy fizyki kwantowej”. Nature Recenzje Fizyka 5, 323–325 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s42254-023-00586-z

[35] Eric Chitambar, Debbie Leung, Laura Mančinska, Maris Ozols i Andreas Winter. „Wszystko, co zawsze chcieliście wiedzieć o LOCC (ale baliście się zapytać)”. Komunikacja w fizyce matematycznej 328, 303–326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] Berry Groisman i Sergij Strelchuk. „Optymalna wielkość splątania do natychmiastowego rozróżnienia stanów kwantowych”. Przegląd fizyczny A 92, 052337 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052337

[37] Giorgos Eftaxias, Mirjam Weilenmann i Roger Colbeck. „Wspólne pomiary w boxworld i ich rola w przetwarzaniu informacji” (2022). arXiv:2209.04474.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.108.062212
arXiv: 2209.04474

[38] Alberta Mucha i Rainera Vercha. „Nadświetlne operacje lokalne w kwantowej teorii pola: test piłki pingpongowej” (2023). arXiv:2308.16673.
https: // doi.org/ 10.3390 / universe9100447
arXiv: 2308.16673

[39] Joseph-Maria Jauch i Constantin Piron. „O strukturze systemów zdań ilościowych”. Helvetica Physica Acta 42, 842–848 (1969).

[40] Konstanty Piron. „Aksjomat kwantowy”. Helvetica Physica Acta 37, 439 (1964).

[41] N Gisin. „Krata własności przestrzennie oddzielonych układów kwantowych”. Raporty z fizyki matematycznej 23, 363–371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

Cytowany przez

Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.

Znak czasu:

Więcej z Dziennik kwantowy