ไปสู่ทฤษฎีการวัดใน QFT: การวัดควอนตัม "เป็นไปไม่ได้" เป็นไปได้แต่ไม่เหมาะ

ไปสู่ทฤษฎีการวัดใน QFT: การวัดควอนตัม "เป็นไปไม่ได้" เป็นไปได้แต่ไม่เหมาะ

นิโคลัส กิซิน และฟลาวิโอ เดล ซานโต

กลุ่มฟิสิกส์ประยุกต์ มหาวิทยาลัยเจนีวา 1211 เจนีวา สวิตเซอร์แลนด์
มหาวิทยาลัยคอนสตรัคเตอร์ เจนีวา สวิตเซอร์แลนด์

พบบทความนี้ที่น่าสนใจหรือต้องการหารือ? Scite หรือแสดงความคิดเห็นใน SciRate.

นามธรรม

ความพยายามไร้เดียงสาในการรวบรวมสัมพัทธภาพและการวัดควอนตัมนำไปสู่การส่งสัญญาณระหว่างบริเวณที่แยกออกจากกันเหมือนอวกาศ ใน QFT สิ่งเหล่านี้เรียกว่า $textit{impossible Measurings}$ เราแสดงให้เห็นว่าปัญหาเดียวกันนี้เกิดขึ้นในฟิสิกส์ควอนตัมที่ไม่สัมพันธ์กัน โดยที่การวัดที่ไม่ใช่แบบท้องถิ่นร่วมกัน (กล่าวคือ ระหว่างระบบที่ถูกแยกออกจากกันเชิงพื้นที่) โดยทั่วไปจะนำไปสู่การส่งสัญญาณ ในขณะที่ใครๆ ก็คาดหวังว่าจะไม่มีการส่งสัญญาณ (ตามตัวอย่างบน $textit{principle ของการสื่อสารที่ไม่ใช่ทางกายภาพ}$) สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถาม: การวัดควอนตัมที่ไม่ใช่แบบท้องถิ่นใดที่เป็นไปได้ทางกายภาพ เราทบทวนและพัฒนาแนวทางข้อมูลควอนตัมที่ไม่สัมพันธ์กันเพิ่มเติมซึ่งพัฒนาขึ้นโดยอิสระจากการวัดที่เป็นไปไม่ได้ใน QFT และแสดงให้เห็นว่าทั้งสองนี้ได้แก้ไขปัญหาเดียวกันแทบทุกประการ วิธีแก้ปัญหาแบบไม่สัมพันธ์กันแสดงให้เห็นว่าการวัดที่ไม่ใช่แบบท้องถิ่นทั้งหมดนั้น $localizable$ (กล่าวคือ สามารถดำเนินการในระยะไกลได้โดยไม่ละเมิดการไม่ส่งสัญญาณ) แต่ (i) อาจต้องการทรัพยากรขนาดใหญ่ที่พันกันโดยพลการ และ (ii) โดยทั่วไปไม่สามารถ $ideal$ กล่าวคือ ไม่สามารถทำซ้ำได้ในทันที ข้อควรพิจารณาเหล่านี้สามารถช่วยเป็นแนวทางในการพัฒนาทฤษฎีการวัดที่สมบูรณ์ใน QFT

ความพยายามที่จะผสานสัมพัทธภาพเข้ากับการวัดควอนตัมในทางทฤษฎีนำไปสู่การสื่อสารแบบทันทีทันใดในพื้นที่ห่างไกล งานนี้แสดงให้เห็นว่าปัญหาดังกล่าวซึ่งเป็นที่รู้จักในทฤษฎีสนามควอนตัม (QFT) ว่าเป็น "การวัดที่เป็นไปไม่ได้" ก็ปรากฏในฟิสิกส์ควอนตัมที่ไม่สัมพันธ์กันด้วย โดยที่การวัดข้อต่อบางอย่างบนระบบที่แยกจากกันเชิงพื้นที่สามารถเปิดใช้งานการส่งสัญญาณได้ แม้ว่าจะไม่มีพาหะทางกายภาพเดินทางระหว่างกันก็ตาม ฝ่าย.
การวิจัยข้อมูลควอนตัมที่ไม่สัมพันธ์กันได้ควบคู่ไปกับปัญหาที่พบใน QFT ซึ่งบ่งบอกถึงความท้าทายที่ซ่อนอยู่ทั่วไป คำถามสำคัญคือการระบุว่าการวัดควอนตัมที่ไม่ใช่แบบท้องถิ่น (เช่น ดำเนินการบนสองระบบขึ้นไปโดยไม่ได้นำมาที่เดียวกัน) ใดที่สามารถทำได้โดยไม่ทำลายหลักการไม่ส่งสัญญาณ ปรากฎว่าการวัดแบบ nonlocal สามารถทำได้โดยไม่ละเมิดการไม่มีสัญญาณ แต่ก็ไม่สามารถทำได้ในอุดมคติเสมอไป (กล่าวคือ ไม่สามารถทำซ้ำได้อย่างสมบูรณ์แบบในทันที) ยิ่งไปกว่านั้น สามารถทำได้โดยเสียค่าใช้จ่ายในการใช้สถานะที่พันกันเพิ่มเติมเป็นทรัพยากร
ข้อมูลเชิงลึกเหล่านี้เป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการวัดควอนตัมทั้งในการตั้งค่าที่ไม่สัมพันธ์กันและใน QFT ซึ่งผลักดันให้เราเข้าใกล้ทฤษฎีการวัดควอนตัมที่เป็นหนึ่งเดียว

► ข้อมูล BibTeX

► ข้อมูลอ้างอิง

[1] เลฟ ลันเดา และรูดอล์ฟ เพียร์ลส์ “Erweiterung des Unbestimmtheitsprinzips für die relativistische Quantentheorie” Zeitschrift für Physik 69, 56–69 (1931)

[2] พอล อาร์เธอร์ ชิลป์ “ห้องสมุดนักปรัชญาที่มีชีวิต เล่ม 7 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์: นักปรัชญา-นักวิทยาศาสตร์” บริษัท สำนักพิมพ์ทิวดอร์ (1949)

[3] เคอี เฮลวิก และเค เคราส์ “คำอธิบายอย่างเป็นทางการของการวัดในทฤษฎีสนามควอนตัมท้องถิ่น” การทบทวนทางกายภาพ D 1, 566 (1970)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevD.1.566

[4] ยากีร์ อาฮารอนอฟ และ เดวิด ซี อัลเบิร์ต “สถานะและสิ่งที่สังเกตได้ในทฤษฎีสนามควอนตัมเชิงสัมพันธ์” การทบทวนทางกายภาพ D 21, 3316 (1980)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevD.21.3316

[5] ยากีร์ อาฮารอนอฟ และ เดวิด ซี อัลเบิร์ต “เราจะเข้าใจกระบวนการวัดในกลศาสตร์ควอนตัมเชิงสัมพันธ์ได้หรือไม่” การทบทวนทางกายภาพ D 24, 359 (1981)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevD.24.359

[6] ติอาโก้ เกร์เรโร, บรูโน ซานกวิเน็ตติ, ฮูโก้ ซบินเด้น, นิโคลัส กิซิน และอองตวน ซัวเรซ “การต่อต้านการรวมตัวเหมือนอวกาศโฟตอนเดี่ยว” ฟิสิกส์ตัวอักษร A 376, 2174–2177 (2012)
https://doi.org/10.1016/​j.physleta.2012.05.019

[7] จอห์น เอียร์แมน และจิโอวานนี วาเลนเต “ความสัมพันธ์เชิงเวรกรรมในทฤษฎีสนามควอนตัมเชิงพีชคณิต” การศึกษาระหว่างประเทศในปรัชญาวิทยาศาสตร์ 28, 1–48 (2014)
https://doi.org/10.1080/​02698595.2014.915652

[8] ราฟาเอล ดี ซอร์กิน. “การวัดสนามควอนตัมที่เป็นไปไม่ได้” ในทิศทางในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป: การดำเนินการของการประชุมวิชาการนานาชาติปี 1993 รัฐแมริแลนด์ เล่มที่ 2 หน้า 293–305 (1993)

[9] โดรีน เฟรเซอร์ และมาเรีย ปาปาจอร์จิอู “หมายเหตุเกี่ยวกับตอนต่างๆ ในประวัติศาสตร์ของการวัดแบบจำลองในภูมิภาคกาลอวกาศท้องถิ่นโดยใช้ QFT” วารสารทางกายภาพแห่งยุโรป H 48, 14 (2023)
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] มาเรีย ปาปาเกออร์จิอู และ โดรีน เฟรเซอร์ “การขจัด” สิ่งที่เป็นไปไม่ได้”: ความคืบหน้าล่าสุดเกี่ยวกับทฤษฎีการวัดในท้องถิ่นสำหรับทฤษฎีสนามควอนตัม” (2023) arXiv:2307.08524.
arXiv: 2307.08524

[11] ลีรอน บอร์สเตน, เอียน จุบบ์ และเกรแฮม เคลส์ “การวัดที่เป็นไปไม่ได้กลับมาอีกครั้ง” การตรวจร่างกาย D 104, 025012 (2021)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevD.104.025012

[12] ฉันจุบบ์. “การอัปเดตสถานะเชิงสาเหตุในทฤษฎีสนามควอนตัมสเกลาร์จริง” การตรวจร่างกาย D 105, 025003 (2022)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevD.105.025003

[13] เอ็มมา อัลเบอร์ตินี และเอียน จุบบ์ “การวัดสนามสเกลาร์จริงในอุดมคตินั้นเป็นสาเหตุหรือไม่” (2023)

[14] คริสโตเฟอร์ เจ ฟิวสเตอร์ และไรเนอร์ เวิร์ช “สนามควอนตัมและการวัดในท้องถิ่น” การสื่อสารในฟิสิกส์คณิตศาสตร์ 378, 851–889 (2020)
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] คริสโตเฟอร์ เจ. ฟิวสเตอร์. “รูปแบบการวัดความแปรปรวนร่วมโดยทั่วไปสำหรับทฤษฎีสนามควอนตัมในกาลอวกาศโค้ง” ในความก้าวหน้าและวิสัยทัศน์ในทฤษฎีควอนตัมในมุมมองของแรงโน้มถ่วง: การเชื่อมโยงรากฐานของฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ หน้า 253–268. สปริงเกอร์ (2020)
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] เฮนนิง บอสเทลมานน์, คริสโตเฟอร์ เจ ฟิวสเตอร์ และแม็กซิมิเลียน เอช รูพ “การวัดที่เป็นไปไม่ได้ต้องใช้เครื่องมือที่เป็นไปไม่ได้” การตรวจร่างกาย D 103, 025017 (2021)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevD.103.025017

[17] คริสโตเฟอร์ เจ ฟิวสเตอร์ และไรเนอร์ เวิร์ช “การวัดในทฤษฎีสนามควอนตัม” (2023) arXiv:2304.13356.
arXiv: 2304.13356

[18] นิโคลัส กิซิน. “โอกาสควอนตัม: ความไม่อยู่ในท้องถิ่น การเคลื่อนย้ายมวลสาร และมหัศจรรย์ควอนตัมอื่นๆ” สปริงเกอร์. (2014)
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] ยากีร์ อาฮารอนอฟ, เดวิด ซี อัลเบิร์ต และเลฟ ไวด์แมน “กระบวนการวัดในทฤษฎีควอนตัมเชิงสัมพันธ์” การทบทวนทางกายภาพ D 34, 1805 (1986)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevD.34.1805

[20] ซันดู โปเปสคู และเลฟ ไวด์มาน “ข้อจำกัดเชิงสาเหตุในการวัดควอนตัมที่ไม่ใช่แบบท้องถิ่น” การทบทวนทางกายภาพ A 49, 4331 (1994)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.49.4331

[21] เบอร์รี่ กรอยส์แมน และเลฟ ไวด์แมน “ตัวแปรที่ไม่ใช่ท้องถิ่นที่มีลักษณะเฉพาะของสถานะผลิตภัณฑ์” วารสารฟิสิกส์ A: คณิตศาสตร์และทั่วไป 34, 6881 (2001)
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] เบอร์รี่ กรอยส์แมน และเบนนี เรซนิค “การวัดสภาวะที่พัวพันกึ่งท้องถิ่นและแบบไม่พันกันสูงสุด” การตรวจร่างกาย A 66, 022110 (2002)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.66.022110

[23] เลฟ ไวด์มาน. “การวัดตัวแปรที่ไม่ใช่ท้องถิ่นทันที” จดหมายทบทวนทางกายภาพ 90, 010402 (2003)
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.90.010402

[24] เบอร์รี่ กรอยส์แมน, เบนนี เรซนิค และเลฟ ไวด์แมน “การวัดตัวแปรที่ไม่ใช่ท้องถิ่นทันที” วารสารทัศนศาสตร์สมัยใหม่ 50, 943–949 (2003)
https://doi.org/10.1080/​09500340308234543

[25] เอสอาร์ คลาร์ก, เอเจ คอนเนอร์, ดี จักช์ และเอส โปเปสคู “การใช้พัวพันของการวัดควอนตัมที่ไม่ใช่ในพื้นที่ทันที” วารสารฟิสิกส์ใหม่ 12, 083034 (2010)
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] ซัลมาน เบกี และโรเบิร์ต โคนิก “การคำนวณควอนตัมที่ไม่ใช่แบบโลคอลแบบทันทีที่ง่ายขึ้น พร้อมแอปพลิเคชันสำหรับการเข้ารหัสตามตำแหน่ง” วารสารฟิสิกส์ใหม่ 13, 093036 (2011)
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] อัลวิน กอนซาเลส และเอริค ชิตัมบาร์ “ขอบเขตของการคำนวณควอนตัมที่ไม่ใช่ในพื้นที่ทันที” ธุรกรรม IEEE เกี่ยวกับทฤษฎีสารสนเทศ 66, 2951–2963 (2019)
https://doi.org/​10.1109/​TIT.2019.2950190

[28] เดวิด เบคแมน, แดเนียล ก็อทเทสแมน, ไมเคิล เอ. นีลเซ่น และจอห์น เพรสคิลล์ “การดำเนินการควอนตัมเชิงสาเหตุและเชิงท้องถิ่น” การทบทวนทางกายภาพ A 64, 052309 (2001)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.64.052309

[29] นิโคลัส กิซิน. “ความพัวพัน 25 ปีหลังจากการเคลื่อนย้ายควอนตัม: การทดสอบการวัดร่วมในเครือข่ายควอนตัม” เอนโทรปี 21, 325 (2019)
https://doi.org/10.3390/​e21030325

[30] ฟลาวิโอ เดล ซานโต, ยาคุบ ซาร์ตอฟสกี้, คาโรล Życzkowski และนิโคลัส กิซิน “ฐานที่พันกันเป็นไอโซและการวัดข้อต่อ” (2023) arXiv:2307.06998.
arXiv: 2307.06998

[31] เซบาสเตียน เดอ โบน, รันเซิง โอวหยาง, เคนเน็ธ กู๊ดอีนัฟ และเดวิด เอลคุสส์ “โปรโตคอลสำหรับการสร้างและการกลั่นสถานะ GHZ หลายส่วนด้วยคู่เบลล์” ธุรกรรม IEEE เกี่ยวกับวิศวกรรมควอนตัม 1, 1–10 (2020)
https://doi.org/​10.1109/​TQE.2020.3044179

[32] ไทน์ ฟาน เดอร์ ลุกท์. “ข้อจำกัดเชิงสัมพัทธภาพเกี่ยวกับการดำเนินการควอนตัม” (2021) arXiv:2108.05904.
arXiv: 2108.05904

[33] ทิโล เอ็กเกลิง, เดิร์ก ชลิงเงมันน์ และไรน์ฮาร์ด เอฟ แวร์เนอร์ “การดำเนินงานแบบกึ่งทางการเป็นแบบกึ่งท้องถิ่น” จดหมายยูโรฟิสิกส์ 57, 782 (2002)
https://doi.org/​10.1209/​epl/​i2002-00579-4

[34] เอริก จี คาวาลกันติ, ราฟาเอล ชาเวส, ฟลามิเนีย จาโคมินี และยอง-เฉิง เหลียง “มุมมองใหม่เกี่ยวกับรากฐานของฟิสิกส์ควอนตัม” บทวิจารณ์ธรรมชาติฟิสิกส์ 5, 323–325 (2023)
https://doi.org/10.1038/​s42254-023-00586-z

[35] เอริก ชิตัมบาร์, เด็บบี เหลียง, ลอร่า มานซินสกา, มาริส โอโซลส์ และอันเดรียส วินเทอร์ “ทุกสิ่งที่คุณอยากรู้เกี่ยวกับ LOCC มาโดยตลอด (แต่ไม่กล้าถาม)” การสื่อสารในฟิสิกส์คณิตศาสตร์ 328, 303–326 (2014)
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] เบอร์รี่ กรอยส์แมน และเซอร์กี้ สเตรลชุค “ปริมาณพัวพันที่เหมาะสมที่สุดในการแยกแยะสถานะควอนตัมได้ทันที” การตรวจร่างกาย A 92, 052337 (2015)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.92.052337

[37] จอร์จอส เอฟตาเซียส, มีร์แจม ไวเลนมานน์ และโรเจอร์ โคลเบค “การวัดร่วมใน Boxworld และบทบาทในการประมวลผลข้อมูล” (2022) arXiv:2209.04474.
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.108.062212
arXiv: 2209.04474

[38] อัลเบิร์ต มัช และไรเนอร์ เวิร์ช “การดำเนินการในพื้นที่ระดับซูเปอร์ลูมินัลในทฤษฎีสนามควอนตัม: การทดสอบลูกปิงปอง” (2023) arXiv:2308.16673.
https://doi.org/10.3390/​universe9100447
arXiv: 2308.16673

[39] โจเซฟ-มาเรีย ฮอช และคอนสแตนติน ปิรอน “โครงสร้างระบบประพจน์เชิงปริมาณ”. เฮลเวติกา ฟิซิกา แอคตา 42, 842–848 (1969)

[40] คอนสแตนติน ปิรอน. “สัจพจน์เชิงปริมาณ” เฮลเวติกาฟิสิกาแอคตา 37, 439 (1964)

[41] เอ็น กิซิน. “โครงข่ายคุณสมบัติของระบบควอนตัมที่แยกออกจากกันเชิงพื้นที่” รายงานฟิสิกส์คณิตศาสตร์ 23, 363–371 (1986)
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

อ้างโดย

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก วารสารควอนตัม

การเปลี่ยนแปลงในเครือข่ายควอนตัมผ่านการดำเนินงานในพื้นที่โดยได้รับความช่วยเหลือจากการสื่อสารแบบคลาสสิกหลายรอบอย่างจำกัด

โหนดต้นทาง: 1956360
ประทับเวลา: Mar 14, 2024