Către o teorie de măsurare în QFT: măsurătorile cuantice „imposibile” sunt posibile, dar nu ideale

Către o teorie de măsurare în QFT: măsurătorile cuantice „imposibile” sunt posibile, dar nu ideale

Marca temporală: 27 februarie 2024 5:27

Nicolas Gisin și Flavio Del Santo

Grupul de Fizică Aplicată, Universitatea din Geneva, 1211 Geneva, Elveția
Universitatea Constructor, Geneva, Elveția

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Încercările naive de a combina relativitatea și măsurătorile cuantice duc la semnalizare între regiunile separate asemănătoare spațiului. În QFT, acestea sunt cunoscute ca $textit{măsurări imposibile}$. Arătăm că aceeași problemă apare și în fizica cuantică non-relatistă, unde măsurătorile comune nelocale (adică între sistemele menținute separat spațial) duc în general la semnalizare, în timp ce ne-am aștepta la lipsa semnalizării (bazat, de exemplu, pe principiul $textit{). de comunicare nenonfizică}$). Acest lucru ridică întrebarea: Ce măsurători cuantice nelocale sunt posibile din punct de vedere fizic? Examinăm și dezvoltăm în continuare o abordare a informațiilor cuantice non-relativistă dezvoltată independent de măsurătorile imposibile în QFT și arătăm că acestea două au abordat practic aceeași problemă. Soluția non-relativistă arată că toate măsurătorile non-locale sunt $localizabile$ (adică, pot fi efectuate la distanță fără a încălca semnalizarea) dar (i) pot necesita resurse încurcate arbitrar de mari și (ii) nu pot fi în general $ideal$, adică nu sunt reproductibile imediat. Aceste considerații ar putea ajuta la ghidarea dezvoltării unei teorii complete de măsurare în QFT.

Către o teorie de măsurare în QFT: măsurătorile cuantice „imposibile” sunt posibile, dar nu sunt ideale PlatoBlockchain Data Intelligence. Căutare verticală. Ai.

Imagine prezentată: „Măsurătorile imposibile” sunt și o problemă a fizicii cuantice non-relativiste. Folosind stări încurcate ca resurse, este totuși posibil să se efectueze măsurători non-locale fără a încălca semnalizarea fără semnal. Cu toate acestea, aceste măsurători nu pot fi ideale.

Rezumat popular

Încercările naive de a îmbina relativitatea cu măsurătorile cuantice conduc teoretic la comunicare instantanee în regiuni îndepărtate. Această lucrare arată că o astfel de problemă, cunoscută în teoria cuantică a câmpului (QFT) ca „măsurători imposibile”, apare și în fizica cuantică non-relatistă, unde anumite măsurători comune pe sisteme separate spațial ar putea permite semnalizarea chiar dacă niciun purtător fizic nu călătorește între ele. petrecerile.
Cercetările în informații cuantice non-relativiste au fost paralele cu dilemele observate în QFT, sugerând o provocare comună de bază. Întrebarea crucială este să identificăm care măsurători cuantice non-locale (adică efectuate pe două sau mai multe sisteme fără a le aduce în același loc) sunt fezabile fără a încălca principiul fără semnalizare. Se dovedește că măsurătorile non-locale pot fi făcute fără a încălca no-semnalizarea, dar nu pot fi întotdeauna ideale (adică nu pot fi repetate perfect imediat). Mai mult, ele pot fi efectuate cu prețul utilizării unor stări încurcate suplimentare ca resurse.
Aceste perspective sunt esențiale pentru progresul înțelegerii noastre despre măsurarea cuantică atât în ​​setări non-relativiste, cât și în QFT, apropiindu-ne de o teorie unificată a măsurării cuantice.

► Date BibTeX

► Referințe

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

[2] Paul Arthur Schilpp. „Biblioteca filozofilor vii, volumul 7. Albert Einstein: Filosof-om de știință”. Editura Tudor. (1949).

[3] KE Hellwig și K Kraus. „Descrierea formală a măsurătorilor în teoria câmpului cuantic local”. Physical Review D 1, 566 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.1.566

[4] Yakir Aharonov și David Z Albert. „Stări și observabile în teoriile relativiste ale câmpurilor cuantice”. Physical Review D 21, 3316 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.21.3316

[5] Yakir Aharonov și David Z Albert. „Putem avea sens din procesul de măsurare în mecanica cuantică relativistă?”. Physical Review D 24, 359 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.359

[6] Thiago Guerreiro, Bruno Sanguinetti, Hugo Zbinden, Nicolas Gisin și Antoine Suarez. „Antigrupare asemănătoare spațiului cu un singur foton”. Litere de fizică A 376, 2174–2177 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2012.05.019

[7] John Earman și Giovanni Valente. „Cauzalitate relativistă în teoria câmpului cuantic algebric”. Studii internaționale în filosofia științei 28, 1–48 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02698595.2014.915652

[8] Rafael D Sorkin. „Măsurări imposibile pe câmpuri cuantice”. În Directions in general relativity: Proceedings of the 1993 International Symposium, Maryland. Volumul 2, paginile 293–305. (1993).

[9] Doreen Fraser și Maria Papageorgiou. „Notă despre episoadele din istoria modelării măsurătorilor în regiunile spațiu-timp locale folosind QFT”. The European Physical Journal H 48, 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] Maria Papageorgiou și Doreen Fraser. „Eliminarea „imposibilului”: progres recent în teoria măsurării locale pentru teoria câmpului cuantic” (2023). arXiv:2307.08524.
arXiv: 2307.08524

[11] Leron Borsten, Ian Jubb și Graham Kells. „Măsurătorile imposibile revăzute”. Physical Review D 104, 025012 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.025012

[12] Eu Jubb. „Actualizări de stare cauzală în teoria câmpului cuantic scalar real”. Physical Review D 105, 025003 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.025003

[13] Emma Albertini și Ian Jubb. „Sunt măsurătorile ideale ale câmpurilor scalare reale cauzale?” (2023).

[14] Christopher J Fewster și Rainer Verch. „Câmpuri cuantice și măsurători locale”. Communications in Mathematical physics 378, 851–889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] Christopher J. Fewster. „O schemă de măsurare în general covariantă pentru teoria câmpului cuantic în spațiu-timp curbat”. În progres și viziuni în teoria cuantică în vederea gravitației: unirea bazelor fizicii și matematicii. Paginile 253–268. Springer (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] Henning Bostelmann, Christopher J Fewster și Maximilian H Ruep. „Măsurătorile imposibile necesită un aparat imposibil”. Physical Review D 103, 025017 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.103.025017

[17] Christopher J Fewster și Rainer Verch. „Măsurarea în teoria câmpului cuantic” (2023). arXiv:2304.13356.
arXiv: 2304.13356

[18] Nicolas Gisin. „Șansa cuantică: nonlocalitatea, teleportarea și alte minuni cuantice”. Springer. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] Yakir Aharonov, David Z Albert și Lev Vaidman. „Procesul de măsurare în teoria cuantică relativistă”. Physical Review D 34, 1805 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.1805

[20] Sandu Popescu și Lev Vaidman. „Constrângeri de cauzalitate asupra măsurătorilor cuantice nelocale”. Physical Review A 49, 4331 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4331

[21] Berry Groisman și Lev Vaidman. „Variabile nelocale cu stări proprii ale produsului”. Journal of Physics A: Mathematical and General 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] Berry Groisman și Benni Reznik. „Măsurări ale stărilor semilocale și non-maximum încurcate”. Physical Review A 66, 022110 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.022110

[23] Lev Vaidman. „Măsurarea instantanee a variabilelor nelocale”. Physical Review Letters 90, 010402 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.010402

[24] Berry Groisman, Benni Reznik și Lev Vaidman. „Măsurători instantanee ale variabilelor nelocale”. Journal of Modern Optics 50, 943–949 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340308234543

[25] SR Clark, AJ Connor, D Jaksch și S Popescu. „Consumul de încrucișare al măsurătorilor cuantice nelocale instantanee”. New Journal of Physics 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] Salman Beigi și Robert König. „Calcul cuantic non-local instantaneu simplificat cu aplicații la criptografia bazată pe poziție”. New Journal of Physics 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] Alvin Gonzales și Eric Chitambar. „Margini ale calculului cuantic nelocal instantaneu”. 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 și John Preskill. „Operații cuantice cauzale și localizabile”. Physical Review A 64, 052309 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052309

[29] Nicolas Gisin. „Entanglement la 25 de ani după teleportarea cuantică: testarea măsurătorilor comune în rețelele cuantice”. Entropia 21, 325 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e21030325

[30] Flavio Del Santo, Jakub Czartowski, Karol Życzkowski și Nicolas Gisin. „Baze izo-încurcate și măsurători articulare” (2023). arXiv:2307.06998.
arXiv: 2307.06998

[31] Sébastian de Bone, Runsheng Ouyang, Kenneth Goodenough și David Elkouss. „Protocoale pentru crearea și distilarea stărilor GHZ multipartite cu perechi Bell”. IEEE Transactions on Quantum Engineering 1, 1–10 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3044179

[32] Tein van der Lugt. „Limite relativiste ale operațiilor cuantice” (2021). arXiv:2108.05904.
arXiv: 2108.05904

[33] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann și Reinhard F Werner. „Operațiile semicauzale sunt semilocalizabile”. Europhysics Letters 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / EPL / i2002-00579-4

[34] Eric G Cavalcanti, Rafael Chaves, Flaminia Giacomini și Yeong-Cherng Liang. „Perspective noi asupra fundamentelor fizicii cuantice”. 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 și Andreas Winter. „Tot ceea ce ai vrut mereu să știi despre LOCC (dar ți-a fost teamă să întrebi)”. Communications in Mathematical Physics 328, 303–326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] Berry Groisman și Sergii Strelchuk. „Cantitatea optimă de încurcare pentru a distinge instantaneu stările cuantice”. Physical Review A 92, 052337 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052337

[37] Giorgos Eftaxias, Mirjam Weilenmann și Roger Colbeck. „Măsurătorile comune în boxworld și rolul lor în procesarea informațiilor” (2022). arXiv:2209.04474.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.108.062212
arXiv: 2209.04474

[38] Albert Much și Rainer Verch. „Operații locale superluminale în teoria câmpului cuantic: un test cu minge de ping-pong” (2023). arXiv:2308.16673.
https: / / doi.org/ 10.3390 / universe9100447
arXiv: 2308.16673

[39] Joseph-Maria Jauch și Constantin Piron. „Despre structura sistemelor de propoziții cuantice”. Helvetica Physica Acta 42, 842–848 (1969).

[40] Constantin Piron. „Axiomatic quantique”. Helvetica Physica Acta 37, 439 (1964).

[41] N Gisin. „Rețeaua de proprietate a sistemelor cuantice separate spațial”. Rapoarte despre fizica matematică 23, 363–371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

Citat de

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic