Hướng tới lý thuyết đo lường trong QFT: Các phép đo lượng tử “không thể” có thể thực hiện được nhưng không lý tưởng

Hướng tới lý thuyết đo lường trong QFT: Các phép đo lượng tử “không thể” có thể thực hiện được nhưng không lý tưởng

Dấu thời gian: ngày 27 tháng 2024 năm 5 27:XNUMX sáng

Nicolas Gisin và Flavio Del Santo

Nhóm Vật lý Ứng dụng, Đại học Geneva, 1211 Geneva, Thụy Sĩ
Đại học Xây dựng, Geneva, Thụy Sĩ

Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.

Tóm tắt

Những nỗ lực ngây thơ nhằm kết hợp các phép đo tương đối và lượng tử dẫn đến tín hiệu giữa các vùng tách biệt giống như không gian. Trong QFT, những giá trị này được gọi là $textit{không thể đo lường}$. Chúng tôi chỉ ra rằng vấn đề tương tự nảy sinh trong vật lý lượng tử phi tương đối tính, trong đó các phép đo phi tiêu điểm chung (tức là giữa các hệ thống được giữ cách biệt về mặt không gian) nói chung dẫn đến tín hiệu, trong khi người ta mong đợi không có tín hiệu (ví dụ dựa trên nguyên tắc $textit{ của giao tiếp phi vật lý}$). Điều này đặt ra câu hỏi: Những phép đo lượng tử phi tiêu điểm nào có thể thực hiện được về mặt vật lý? Chúng tôi xem xét và phát triển thêm phương pháp tiếp cận thông tin lượng tử phi tương đối tính được phát triển độc lập với các phép đo không thể thực hiện được trong QFT và cho thấy rằng cả hai phương pháp này hầu như đang giải quyết cùng một vấn đề. Giải pháp phi tương đối tính cho thấy rằng tất cả các phép đo phi tiêu điểm là $localizable$ (nghĩa là chúng có thể được thực hiện ở khoảng cách xa mà không vi phạm tín hiệu không vi phạm) nhưng chúng (i) có thể yêu cầu các tài nguyên vướng víu lớn tùy ý và (ii) nói chung không thể $ideal$, tức là không thể tái tạo ngay lập tức. Những cân nhắc này có thể giúp hướng dẫn sự phát triển của một lý thuyết đo lường hoàn chỉnh trong QFT.

Hướng tới lý thuyết đo lường trong QFT: Các phép đo lượng tử “Không thể” có thể thực hiện được nhưng không phải là Trí tuệ dữ liệu PlatoBlockchain lý tưởng. Tìm kiếm dọc. Ái.

Ảnh nổi bật: “Những phép đo không thể” cũng là một bài toán của vật lý lượng tử phi tương đối tính. Tuy nhiên, sử dụng các trạng thái vướng víu làm tài nguyên, có thể thực hiện các phép đo phi tiêu điểm mà không vi phạm tín hiệu không có tín hiệu. Tuy nhiên, những phép đo này không thể là lý tưởng.

Tóm tắt phổ biến

Về mặt lý thuyết, những nỗ lực ngây thơ nhằm hợp nhất thuyết tương đối với các phép đo lượng tử sẽ dẫn đến sự liên lạc tức thời giữa các vùng xa xôi. Công trình này cho thấy một vấn đề như vậy, được gọi là “các phép đo không thể” trong lý thuyết trường lượng tử (QFT), cũng xuất hiện trong vật lý lượng tử phi tương đối tính, trong đó một số phép đo chung trên các hệ thống tách biệt về mặt không gian có thể cho phép truyền tín hiệu ngay cả khi không có sóng mang vật lý nào truyền giữa những bữa tiệc.
Nghiên cứu về thông tin lượng tử phi tương đối tính đã song song với các vấn đề nan giải được thấy trong QFT, gợi ý một thách thức cơ bản chung. Câu hỏi quan trọng là xác định các phép đo lượng tử phi tiêu điểm (tức là được thực hiện trên hai hoặc nhiều hệ thống mà không đưa chúng vào cùng một vị trí) là khả thi mà không vi phạm nguyên tắc không truyền tín hiệu. Hóa ra, các phép đo phi tiêu điểm có thể được thực hiện mà không vi phạm tín hiệu không vi phạm, nhưng không phải lúc nào cũng lý tưởng (nghĩa là chúng không thể được lặp lại một cách hoàn hảo ngay lập tức). Hơn nữa, chúng có thể được thực hiện với chi phí sử dụng các trạng thái vướng víu bổ sung làm tài nguyên.
Những hiểu biết sâu sắc này là chìa khóa để nâng cao hiểu biết của chúng ta về phép đo lượng tử cả trong môi trường phi tương đối tính và trong QFT, đưa chúng ta đến gần hơn với một lý thuyết thống nhất về phép đo lượng tử.

► Dữ liệu BibTeX

► Tài liệu tham khảo

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

[2] Paul Arthur Schilpp. “Thư viện của các triết gia sống, tập 7. Albert Einstein: Nhà triết học-nhà khoa học”. Công ty xuất bản Tudor. (1949).

[3] KE Hellwig và K Kraus. “Mô tả chính thức các phép đo trong lý thuyết trường lượng tử cục bộ”. Tạp chí vật lý D 1, 566 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.1.566

[4] Yakir Aharonov và David Z Albert. “Các trạng thái và vật quan sát được trong lý thuyết trường lượng tử tương đối tính”. Tạp chí vật lý D 21, 3316 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.21.3316

[5] Yakir Aharonov và David Z Albert. “Liệu chúng ta có thể hiểu được quá trình đo lường trong cơ học lượng tử tương đối tính không?”. Tạp chí vật lý D 24, 359 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.359

[6] Thiago Guerreiro, Bruno Sanguinetti, Hugo Zbinden, Nicolas Gisin và Antoine Suarez. “Sự chống kết hợp giống như không gian của các photon đơn lẻ”. Thư Vật lý A 376, 2174–2177 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2012.05.019

[7] John Earman và Giovanni Valente. “Nhân quả tương đối tính trong lý thuyết trường lượng tử đại số”. Nghiên cứu quốc tế về triết học khoa học 28, 1–48 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02698595.2014.915652

[8] Rafael D Sorkin. “Những phép đo không thể thực hiện được trên trường lượng tử”. Trong Hướng đi trong thuyết tương đối rộng: Kỷ yếu của Hội nghị chuyên đề quốc tế năm 1993, Maryland. Tập 2, trang 293–305. (1993).

[9] Doreen Fraser và Maria Papageorgiou. “Lưu ý về các giai đoạn trong lịch sử đo lường mô hình hóa ở các vùng không thời gian cục bộ bằng QFT”. Tạp chí Vật lý Châu Âu H 48, 14 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjh/​s13129-023-00064-1

[10] Maria Papageorgiou và Doreen Fraser. “Loại bỏ những điều không thể”: Những tiến bộ gần đây về lý thuyết đo cục bộ cho lý thuyết trường lượng tử” (2023). arXiv:2307.08524.
arXiv: 2307.08524

[11] Leron Borsten, Ian Jubb và Graham Kells. “Xem lại các phép đo không thể thực hiện được”. Đánh giá vật lý D 104, 025012 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.025012

[12] Tôi Jubb. “Cập nhật trạng thái nhân quả trong lý thuyết trường lượng tử vô hướng thực”. Đánh giá vật lý D 105, 025003 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.025003

[13] Emma Albertini và Ian Jubb. “Các phép đo lý tưởng của trường vô hướng thực có phải là nhân quả không?” (2023).

[14] Christopher J Ítster và Rainer Verch. “Trường lượng tử và các phép đo cục bộ”. Truyền thông trong vật lý toán học 378, 851–889 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03800-6

[15] Christopher J Ítster. “Một sơ đồ đo hiệp biến tổng quát cho lý thuyết trường lượng tử trong không thời gian cong”. Trong cuốn sách Tiến bộ và Tầm nhìn trong Lý thuyết Lượng tử theo Quan điểm về Lực hấp dẫn: Kết nối các nền tảng của vật lý và toán học. Trang 253–268. Mùa xuân (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-38941-3_11

[16] Henning Bostelmann, Christopher J Ítster và Maximilian H Ruep. “Những phép đo không thể thực hiện được đòi hỏi những thiết bị không thể thực hiện được”. Đánh giá vật lý D 103, 025017 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.103.025017

[17] Christopher J Ítster và Rainer Verch. “Đo lường trong lý thuyết trường lượng tử” (2023). arXiv:2304.13356.
arXiv: 2304.13356

[18] Nicolas Gisin. “Cơ hội lượng tử: Tính phi định xứ, dịch chuyển tức thời và những điều kỳ diệu lượng tử khác”. Mùa xuân. (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-05473-5

[19] Yakir Aharonov, David Z Albert và Lev Vaidman. “Quá trình đo lường trong lý thuyết lượng tử tương đối tính”. Tạp chí vật lý D 34, 1805 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.1805

[20] Sandu Popescu và Lev Vaidman. “Hạn chế nhân quả đối với các phép đo lượng tử không tiêu điểm”. Đánh giá vật lý A 49, 4331 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4331

[21] Berry Groisman và Lev Vaidman. “Các biến không cục bộ với trạng thái riêng của trạng thái sản phẩm”. Tạp chí Vật lý A: Toán học và Đại cương 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[22] Berry Groisman và Benni Reznik. “Các phép đo của các trạng thái vướng víu bán cục bộ và không tối đa”. Đánh giá vật lý A 66, 022110 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.022110

[23] Lev Vaidman. “Đo lường tức thời các biến không cục bộ”. Thư đánh giá vật lý 90, 010402 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.010402

[24] Berry Groisman, Benni Reznik và Lev Vaidman. “Các phép đo tức thời của các biến không cục bộ”. Tạp chí Quang học Hiện đại 50, 943–949 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340308234543

[25] SR Clark, AJ Connor, D Jaksch và S Popescu. “Mức tiêu thụ vướng víu của các phép đo lượng tử phi tiêu điểm tức thời”. Tạp chí Vật lý mới số 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[26] Salman Beigi và Robert Konig. “Tính toán lượng tử phi cục bộ tức thời được đơn giản hóa với các ứng dụng vào mật mã dựa trên vị trí”. Tạp chí Vật lý mới 13, 093036 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[27] Alvin Gonzales và Eric Chitambar. “Giới hạn của tính toán lượng tử phi tiêu điểm tức thời”. Giao dịch của IEEE về Lý thuyết Thông tin 66, 2951–2963 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2019.2950190

[28] David Beckman, Daniel Gottesman, Michael A Nielsen và John Preskill. “Các hoạt động lượng tử nhân quả và có thể định vị được”. Đánh giá vật lý A 64, 052309 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052309

[29] Nicolas Gisin. “Sự vướng víu 25 năm sau khi dịch chuyển tức thời lượng tử: Kiểm tra các phép đo chung trong mạng lượng tử”. Entropy 21, 325 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e21030325

[30] Flavio Del Santo, Jakub Czartowski, Karol Życzkowski và Nicolas Gisin. “Các cơ sở vướng víu đẳng lượng và các phép đo khớp” (2023). arXiv:2307.06998.
arXiv: 2307.06998

[31] Sébastian de Bone, Runsheng Ouyang, Kenneth Goodenough và David Elkouss. “Các giao thức tạo và chắt lọc các trạng thái GHZ nhiều phần bằng các cặp Bell”. Các giao dịch của IEEE về Kỹ thuật lượng tử 1, 1–10 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3044179

[32] Tein van der Lugt. “Giới hạn tương đối tính đối với các hoạt động lượng tử” (2021). arXiv:2108.05904.
arXiv: 2108.05904

[33] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann và Reinhard F Werner. “Các hoạt động bán nhân quả có thể bán định vị được”. Thư vật lý châu Âu 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i2002-00579-4

[34] Eric G Cavalcanti, Rafael Chaves, Flaminia Giacomini và Yeong-Cherng Liang. “Những quan điểm mới mẻ về nền tảng của vật lý lượng tử”. Tạp chí Tự nhiên Vật lý 5, 323–325 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s42254-023-00586-z

[35] Eric Chitambar, Debbie Leung, Laura Mančinska, Maris Ozols và Andreas Winter. “Mọi thứ bạn luôn muốn biết về LOCC (nhưng lại ngại hỏi)”. Truyền thông trong Vật lý Toán 328, 303–326 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-1953-9

[36] Berry Groisman và Sergii Strelchuk. “Lượng vướng víu tối ưu để phân biệt các trạng thái lượng tử ngay lập tức”. Đánh giá vật lý A 92, 052337 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052337

[37] Giorgos Eftaxias, Mirjam Weilenmann và Roger Colbeck. “Các phép đo chung trong thế giới hộp và vai trò của chúng trong việc xử lý thông tin” (2022). arXiv:2209.04474.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.108.062212
arXiv: 2209.04474

[38] Albert Many và Rainer Verch. “Các hoạt động cục bộ siêu sáng trong lý thuyết trường lượng tử: Một thử nghiệm bóng bàn” (2023). arXiv:2308.16673.
https: / / doi.org/ 10.3390 / universe9100447
arXiv: 2308.16673

[39] Joseph-Maria Jauch và Constantin Piron. “Về cấu trúc của hệ thống mệnh đề lượng tử”. Helvetica Physica Acta 42, 842–848 (1969).

[40] Constantin Piron. “Tiên đề lượng tử”. Helvetica Physica Acta 37, 439 (1964).

[41] N Gisin. “Mạng tính chất của các hệ lượng tử tách biệt trong không gian”. Báo cáo về Vật lý toán học 23, 363–371 (1986).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(86)90031-5

Trích dẫn

Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.

Dấu thời gian:

Thêm từ Tạp chí lượng tử