На пути к теории измерений в КТП: «невозможные» квантовые измерения возможны, но не идеальны

На пути к теории измерений в КТП: «невозможные» квантовые измерения возможны, но не идеальны

Отметка времени: 27 февраля 2024 г., 5:27 AM

Николя Жизен и Флавио Дель Санто

Группа прикладной физики, Женевский университет, 1211 Женева, Швейцария
Конструкторский университет, Женева, Швейцария

Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.

Абстрактные

Наивные попытки объединить теорию относительности и квантовые измерения приводят к передаче сигналов между пространственно-подобными разделенными областями. В QFT они известны как $textit{невозможные измерения}$. Мы показываем, что та же проблема возникает в нерелятивистской квантовой физике, где совместные нелокальные измерения (т. е. между системами, разделенными в пространстве) в целом приводят к передаче сигналов, в то время как можно было бы ожидать отсутствия сигналов (на основе, например, $textit{принципа не-нефизического общения}$). Возникает вопрос: какие нелокальные квантовые измерения физически возможны? Мы рассматриваем и развиваем нерелятивистский подход к квантовой информации, разработанный независимо от невозможных измерений в КТП, и показываем, что эти два подхода решают практически одну и ту же проблему. Нерелятивистское решение показывает, что все нелокальные измерения $локализуемы$ (т.е. они могут выполняться на расстоянии, не нарушая режим отсутствия сигналов), но они (i) могут требовать сколь угодно больших запутанных ресурсов и (ii) вообще не могут быть выполнены $идеальны$, т.е. не воспроизводятся сразу. Эти соображения могут помочь в разработке полной теории измерений в QFT.

К теории измерений в QFT: «Невозможные» квантовые измерения возможны, но не идеальны. PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальный поиск. Ай.

Рекомендованное изображение: «Невозможные измерения» также являются проблемой нерелятивистской квантовой физики. Однако, используя запутанные состояния в качестве ресурсов, можно выполнять нелокальные измерения, не нарушая режим отсутствия сигнализации. Однако эти измерения не могут быть идеальными.

Популярное резюме

Наивные попытки объединить теорию относительности с квантовыми измерениями теоретически приводят к мгновенной связи между отдаленными регионами. Эта работа показывает, что такая проблема, известная в квантовой теории поля (КТП) как «невозможные измерения», также возникает в нерелятивистской квантовой физике, где определенные совместные измерения в пространственно разделенных системах могут обеспечить передачу сигналов, даже если между ними не перемещается физический носитель. стороны.
Исследования нерелятивистской квантовой информации аналогичны дилеммам, наблюдаемым в КТП, что указывает на общую основную проблему. Ключевой вопрос заключается в том, чтобы определить, какие нелокальные (т. е. выполняемые на двух или более системах без объединения их в одном месте) квантовые измерения осуществимы без нарушения принципа отсутствия сигналов. Оказывается, нелокальные измерения можно проводить, не нарушая режим отсутствия сигнализации, но они не всегда могут быть идеальными (т. е. их нельзя идеально повторить сразу). Более того, они могут быть реализованы за счет использования дополнительных запутанных состояний в качестве ресурсов.
Эти открытия являются ключом к улучшению нашего понимания квантовых измерений как в нерелятивистских условиях, так и в КТП, подталкивая нас ближе к единой теории квантовых измерений.

► Данные BibTeX

► Рекомендации

[1] Лев Ландау и Рудольф Пайерлс. «Erweiterung des Unbestimmtheitsprinzips für die релятивистской квантовой теории». Zeitschrift für Physik 69, 56–69 (1931).

[2] Пол Артур Шилпп. «Библиотека живых философов, том 7. Альберт Эйнштейн: философ-ученый». Издательство Тюдор. (1949).

[3] К.Э. Хеллвиг и К. Краус. «Формальное описание измерений в локальной квантовой теории поля». Physical Review D 1, 566 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.1.566

[4] Якир Ааронов и Дэвид З. Альберт. «Состояния и наблюдаемые в релятивистских квантовых теориях поля». Physical Review D 21, 3316 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.21.3316

[5] Якир Ааронов и Дэвид З. Альберт. «Можем ли мы найти смысл в процессе измерений в релятивистской квантовой механике?». Physical Review D 24, 359 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.359

[6] Тьяго Геррейро, Бруно Сангинетти, Уго Збинден, Николя Жизен и Антуан Суарес. «Однофотонная пространственная антигруппировка». Physics Letters A 376, 2174–2177 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2012.05.019

[7] Джон Эрман и Джованни Валенте. «Релятивистская причинность в алгебраической квантовой теории поля». Международные исследования в области философии науки 28, 1–48 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02698595.2014.915652

[8] Рафаэль Д. Соркин. «Невозможные измерения квантовых полей». В книге «Направления общей теории относительности: материалы Международного симпозиума 1993 года, Мэриленд». Том 2, страницы 293–305. (1993).

[9] Дорин Фрейзер и Мария Папагеоргиу. «Заметка об эпизодах из истории моделирования измерений в локальных областях пространства-времени с использованием КТП». Европейский физический журнал H 48, 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] Мария Папагеоргиу и Дорин Фрейзер. «Устранение невозможного»: недавний прогресс в области теории локальных измерений для квантовой теории поля» (2023). arXiv: 2307.08524.
Arxiv: 2307.08524

[11] Лерон Борстен, Ян Джабб и Грэм Келлс. «Возвращение к невозможным измерениям». Физическое обозрение Д 104, 025012 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.025012

[12] Я, Джабб. «Обновления причинных состояний в реальной скалярной квантовой теории поля». Физическое обозрение Д 105, 025003 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.025003

[13] Эмма Альбертини и Ян Джабб. «Являются ли идеальные измерения реальных скалярных полей причинными?» (2023).

[14] Кристофер Дж. Фьюстер и Райнер Верч. «Квантовые поля и локальные измерения». Сообщения по математической физике 378, 851–889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] Кристофер Дж. Фьюстер. «Общековариантная схема измерений квантовой теории поля в искривленном пространстве-времени». Прогресс и видение квантовой теории с точки зрения гравитации: соединяющие основы физики и математики. Страницы 253–268. Спрингер (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] Хеннинг Бостельманн, Кристофер Дж. Фьюстер и Максимилиан Х. Рюп. «Невозможные измерения требуют невозможных приборов». Физическое обозрение Д 103, 025017 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.103.025017

[17] Кристофер Дж. Фьюстер и Райнер Верч. «Измерения в квантовой теории поля» (2023). arXiv: 2304.13356.
Arxiv: 2304.13356

[18] Николя Жизен. «Квантовый шанс: нелокальность, телепортация и другие квантовые чудеса». Спрингер. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] Якир Ааронов, Дэвид З. Альберт и Лев Вайдман. «Процесс измерения в релятивистской квантовой теории». Physical Review D 34, 1805 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.1805

[20] Санду Попеску и Лев Вайдман. «Ограничения причинности нелокальных квантовых измерений». Physical Review A 49, 4331 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4331

[21] Берри Гройсман и Лев Вайдман. «Нелокальные переменные с собственными состояниями состояния продукта». Журнал физики A: Mathematical and General 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] Берри Гройсман и Бенни Резник. «Измерения полулокальных и немаксимально запутанных состояний». Физическое обозрение А 66, 022110 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.022110

[23] Лев Вайдман. «Мгновенное измерение нелокальных переменных». Physical Review Letters 90, 010402 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.010402

[24] Берри Гройсман, Бенни Резник и Лев Вайдман. «Мгновенные измерения нелокальных переменных». Журнал современной оптики 50, 943–949 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340308234543

[25] С. Р. Кларк, А. Дж. Коннор, Д. Якш и С. Попеску. «Потребление запутанности мгновенных нелокальных квантовых измерений». Новый журнал физики 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] Салман Бейги и Роберт Кениг. «Упрощенные мгновенные нелокальные квантовые вычисления с применением позиционной криптографии». Новый физический журнал 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] Элвин Гонсалес и Эрик Читамбар. «Границы мгновенных нелокальных квантовых вычислений». Транзакции IEEE по теории информации 66, 2951–2963 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2019.2950190

[28] Дэвид Бекман, Дэниел Готтесман, Майкл А. Нильсен и Джон Прескилл. «Каузальные и локализуемые квантовые операции». Физическое обозрение А 64, 052309 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052309

[29] Николя Жизен. «Запутывание через 25 лет после квантовой телепортации: проверка совместных измерений в квантовых сетях». Энтропия 21, 325 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e21030325

[30] Флавио Дель Санто, Якуб Чартовский, Кароль Жичковски и Николя Гизин. «Изоспутанные основания и совместные измерения» (2023). arXiv: 2307.06998.
Arxiv: 2307.06998

[31] Себастьян де Боне, Руньшэн Оуян, Кеннет Гуденаф и Дэвид Элкусс. «Протоколы для создания и выделения многочастных состояний GHZ с парами Белла». Транзакции IEEE по квантовой инженерии 1, 1–10 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3044179

[32] Тейн ван дер Лугт. «Релятивистские ограничения на квантовые операции» (2021). arXiv: 2108.05904.
Arxiv: 2108.05904

[33] Тило Эггелинг, Дирк Шлингеманн и Райнхард Ф. Вернер. «Полукаузальные операции полулокализуемы». Письма Еврофизики 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / EPL / i2002-00579-4

[34] Эрик Дж. Кавальканти, Рафаэль Чавес, Фламиния Джакомини и Йеонг-Чернг Лян. «Свежий взгляд на основы квантовой физики». Nature Reviews Physics 5, 323–325 (2023).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s42254-023-00586-г

[35] Эрик Читамбар, Дебби Люнг, Лаура Манчинска, Марис Озолс и Андреас Винтер. «Все, что вы всегда хотели знать о LOCC (но боялись спросить)». Коммуникации в математической физике 328, 303–326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] Берри Гройсман и Сергей Стрельчук. «Оптимальная степень запутанности для мгновенного различения квантовых состояний». Физическое обозрение А 92, 052337 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052337

[37] Гиоргос Эфтаксиас, Мирьям Вайленманн и Роджер Колбек. «Совместные измерения в мире коробок и их роль в обработке информации» (2022). arXiv: 2209.04474.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.108.062212
Arxiv: 2209.04474

[38] Альберт Мач и Райнер Верх. «Сверхсветовые локальные операции в квантовой теории поля: тест с шариком для пинг-понга» (2023). arXiv: 2308.16673.
https: / / doi.org/ 10.3390 / universe9100447
Arxiv: 2308.16673

[39] Джозеф-Мария Яух и Константин Пирон. «О структуре квантовых систем высказываний». Helvetica Physica Acta 42, 842–848 (1969).

[40] Константин Пирон. «Квантовая аксиоматика». Helvetica Physica Acta 37, 439 (1964).

[41] Н Гизин. «Решетка свойств пространственно разделенных квантовых систем». Отчеты по математической физике 23, 363–371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

Цитируется

Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.

Отметка времени:

Больше от Квантовый журнал