Proti teoriji merjenja v QFT: "Nemogoče" kvantne meritve so možne, vendar niso idealne

Proti teoriji merjenja v QFT: "Nemogoče" kvantne meritve so možne, vendar niso idealne

Časovni žig: 27. februar 2024 5

Nicolas Gisin in Flavio Del Santo

Skupina za uporabno fiziko, Univerza v Ženevi, 1211 Ženeva, Švica
Constructor University, Ženeva, Švica

Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.

Minimalizem

Naivni poskusi združitve relativnosti in kvantnih meritev vodijo do signaliziranja med prostorsko ločenimi regijami. V QFT so ti znani kot $textit{nemogoče meritve}$. Pokazali smo, da se ista težava pojavlja v nerelativistični kvantni fiziki, kjer skupne nelokalne meritve (tj. med sistemi, ki so prostorsko ločeni) na splošno vodijo do signaliziranja, medtem ko bi pričakovali brez signaliziranja (temelji na primer na principu $textit{). ne-nefizične komunikacije}$). To postavlja vprašanje: Katere nelokalne kvantne meritve so fizikalno možne? Pregledamo in nadalje razvijamo nerelativistični kvantni informacijski pristop, razvit neodvisno od nemogočih meritev v QFT, in pokažemo, da se ta dva ukvarjata s skoraj enakim problemom. Nerelativistična rešitev kaže, da so vse nelokalne meritve $lokalizljive$ (tj. jih je mogoče izvesti na daljavo, ne da bi kršili nesignalizacijo), vendar (i) lahko zahtevajo poljubno velike zapletene vire in (ii) jih na splošno ni mogoče $idealne$, tj. niso takoj ponovljive. Ti premisleki bi lahko pomagali pri razvoju popolne teorije merjenja v QFT.

Towards a measurement theory in QFT: “Impossible” quantum measurements are possible but not ideal PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Predstavljena slika: "Nemogoče meritve" so problem tudi nerelativistične kvantne fizike. Z uporabo zapletenih stanj kot virov pa je mogoče izvajati nelokalne meritve, ne da bi kršili nesignalizacijo. Vendar te meritve ne morejo biti idealne.

Priljubljen povzetek

Naivni poskusi združitve relativnosti s kvantnimi meritvami teoretično vodijo do takojšnje komunikacije v oddaljenih regijah. To delo kaže, da se taka težava, ki je v kvantni teoriji polja (QFT) znana kot "nemogoče meritve", pojavlja tudi v nerelativistični kvantni fiziki, kjer bi lahko določene skupne meritve na prostorsko ločenih sistemih omogočile signalizacijo, tudi če noben fizični nosilec ne potuje med stranke.
Raziskave nerelativističnih kvantnih informacij so bile vzporedne z dilemami, opaženimi v QFT, kar kaže na skupen temeljni izziv. Ključno vprašanje je ugotoviti, katere nelokalne (tj. izvedene na dveh ali več sistemih, ne da bi jih prinesli na isto mesto) kvantne meritve so izvedljive brez kršitve načela brez signaliziranja. Izkazalo se je, da je nelokalne meritve mogoče opraviti brez kršitve nesignaliziranja, vendar ne morejo biti vedno idealne (tj. ne morejo se takoj popolnoma ponoviti). Poleg tega jih je mogoče izvesti za ceno uporabe dodatnih zapletenih stanj kot virov.
Ti vpogledi so ključni za napredek našega razumevanja kvantnega merjenja v nerelativističnih okoljih in v QFT, kar nas potiska bližje enotni teoriji kvantnega merjenja.

► BibTeX podatki

► Reference

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

[2] Paul Arthur Schilpp. “Knjižnica živečih filozofov, zvezek 7. Albert Einstein: Filozof-znanstvenik”. Založba Tudor. (1949).

[3] KE Hellwig in K Kraus. “Formalni opis meritev v lokalni kvantni teoriji polja”. Physical Review D 1, 566 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.1.566

[4] Yakir Aharonov in David Z Albert. “Stanja in opazovalnice v relativističnih kvantnih teorijah polja”. Physical Review D 21, 3316 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.21.3316

[5] Yakir Aharonov in David Z Albert. "Ali lahko dobimo smisel iz merilnega procesa v relativistični kvantni mehaniki?". Physical Review D 24, 359 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.359

[6] Thiago Guerreiro, Bruno Sanguinetti, Hugo Zbinden, Nicolas Gisin in Antoine Suarez. "Enofotonsko vesoljsko podobno združevanje". Physics Letters A 376, 2174–2177 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2012.05.019

[7] John Earman in Giovanni Valente. “Relativistična vzročnost v algebraični kvantni teoriji polja”. Mednarodne študije v filozofiji znanosti 28, 1–48 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02698595.2014.915652

[8] Rafael D Sorkin. "Nemogoče meritve na kvantnih poljih". V smeri splošne relativnosti: zbornik mednarodnega simpozija 1993, Maryland. 2. zvezek, strani 293–305. (1993).

[9] Doreen Fraser in Maria Papageorgiou. "Opomba o epizodah v zgodovini modeliranja meritev v lokalnih prostorsko-časovnih regijah z uporabo QFT". The European Physical Journal H 48, 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] Maria Papageorgiou in Doreen Fraser. »Odprava »nemogočega«: nedavni napredek na področju teorije lokalnega merjenja za kvantno teorijo polja« (2023). arXiv:2307.08524.
arXiv: 2307.08524

[11] Leron Borsten, Ian Jubb in Graham Kells. "Ponovni ogled nemogočih meritev". Physical Review D 104, 025012 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.025012

[12] Jaz Jubb. "Posodobitve vzročnega stanja v realni skalarni kvantni teoriji polja". Physical Review D 105, 025003 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.025003

[13] Emma Albertini in Ian Jubb. "Ali so idealne meritve realnih skalarnih polj vzročne?" (2023).

[14] Christopher J Fewster in Rainer Verch. “Kvantna polja in lokalne meritve”. Komunikacije v matematični fiziki 378, 851–889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] Christopher J Fewster. "Splošno kovariantna merilna shema za kvantno teorijo polja v ukrivljenem prostor-času". V delu Progress and Visions in Quantum Theory in View of Gravity: Premostitveni temelji fizike in matematike. Strani 253–268. Springer (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] Henning Bostelmann, Christopher J Fewster in Maximilian H Ruep. "Nemogoče meritve zahtevajo nemogoče aparate." Physical Review D 103, 025017 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.103.025017

[17] Christopher J Fewster in Rainer Verch. »Merjenje v kvantni teoriji polja« (2023). arXiv:2304.13356.
arXiv: 2304.13356

[18] Nicolas Gisin. "Kvantna priložnost: Nelokalnost, teleportacija in drugi kvantni čudesi". Springer. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] Yakir Aharonov, David Z Albert in Lev Vaidman. “Merilni proces v relativistični kvantni teoriji”. Physical Review D 34, 1805 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.1805

[20] Sandu Popescu in Lev Vaidman. "Omejitve vzročnosti pri nelokalnih kvantnih meritvah". Physical Review A 49, 4331 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4331

[21] Berry Groisman in Lev Vaidman. “Nelokalne spremenljivke z lastnimi stanji produkta”. Journal of Physics A: Mathematical and General 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] Berry Groisman in Benni Reznik. “Meritve semilokalnih in nemaksimalno zapletenih stanj”. Physical Review A 66, 022110 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.022110

[23] Lev Vaidman. “Takojšnje merjenje nelokalnih spremenljivk”. Physical Review Letters 90, 010402 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.010402

[24] Berry Groisman, Benni Reznik in Lev Vaidman. “Takojšnje meritve nelokalnih spremenljivk”. Journal of Modern Optics 50, 943–949 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340308234543

[25] SR Clark, AJ Connor, D Jaksch in S. Popescu. "Poraba prepletenosti trenutnih nelokalnih kvantnih meritev". New Journal of Physics 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] Salman Beigi in Robert König. "Poenostavljeno trenutno nelokalno kvantno računanje z aplikacijami za kriptografijo na podlagi položaja". New Journal of Physics 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] Alvin Gonzales in Eric Chitambar. "Meje trenutnega nelokalnega kvantnega računanja". 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 in John Preskill. "Vzročne in lokalizirajoče kvantne operacije". Physical Review A 64, 052309 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052309

[29] Nicolas Gisin. "Zapletenost 25 let po kvantni teleportaciji: testiranje skupnih meritev v kvantnih omrežjih". Entropija 21, 325 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e21030325

[30] Flavio Del Santo, Jakub Czartowski, Karol Życzkowski in Nicolas Gisin. »Izo-prepletene baze in skupne meritve« (2023). arXiv:2307.06998.
arXiv: 2307.06998

[31] Sébastian de Bone, Runsheng Ouyang, Kenneth Goodenough in David Elkouss. "Protokoli za ustvarjanje in destilacijo večdelnih stanj GHZ z Bellovimi pari". IEEE Transactions on Quantum Engineering 1, 1–10 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3044179

[32] Tein van der Lugt. “Relativistične omejitve kvantnih operacij” (2021). arXiv:2108.05904.
arXiv: 2108.05904

[33] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann in Reinhard F Werner. "Polvzvzalne operacije so semilokalizabilne". Europhysics Letters 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i2002-00579-4

[34] Eric G Cavalcanti, Rafael Chaves, Flaminia Giacomini in Yeong-Cherng Liang. “Sveži pogledi na temelje kvantne fizike”. 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 in Andreas Winter. "Vse, kar ste vedno želeli vedeti o LOCC (pa ste se bali vprašati)". Sporočila v matematični fiziki 328, 303–326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] Berry Groisman in Sergii Strelchuk. "Optimalna količina prepletenosti za takojšnje razlikovanje kvantnih stanj". Physical Review A 92, 052337 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052337

[37] Giorgos Eftaxias, Mirjam Weilenmann in Roger Colbeck. »Skupne meritve v boxworldu in njihova vloga pri obdelavi informacij« (2022). arXiv:2209.04474.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.108.062212
arXiv: 2209.04474

[38] Albert Much in Rainer Verch. »Superluminalne lokalne operacije v kvantni teoriji polja: preizkus žogice za namizni tenis« (2023). arXiv:2308.16673.
https: / / doi.org/ 10.3390 / university9100447
arXiv: 2308.16673

[39] Joseph-Maria Jauch in Constantin Piron. "O strukturi sistemov kvantnih predlogov". Helvetica Physica Acta 42, 842–848 (1969).

[40] Konstantin Piron. "Kvantična aksiomatika". Helvetica Physica Acta 37, 439 (1964).

[41] N Gisin. "Lastnostna mreža prostorsko ločenih kvantnih sistemov". Poročila o matematični fiziki 23, 363–371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

Navedel

Ta dokument je objavljen v Quantumu pod Priznanje avtorstva Creative Commons 4.0 International (CC BY 4.0) licenca. Avtorske pravice ostajajo pri izvirnih imetnikih avtorskih pravic, kot so avtorji ali njihove ustanove.

Časovni žig:

Več od Quantum Journal