En gennemgang og omformulering af makroskopisk realisme: løsning af dens mangler ved hjælp af rammerne for generaliserede sandsynlighedsteorier

En gennemgang og omformulering af makroskopisk realisme: løsning af dens mangler ved hjælp af rammerne for generaliserede sandsynlighedsteorier

Kildeknude: 3044646

David Schmid

International Center for Theory of Quantum Technologies, University of Gdansk, 80-308 Gdansk, Polen

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Begrebet makrorealisme blev introduceret af Leggett og Garg i et forsøg på at fange vores intuitive opfattelse af den makroskopiske verden, som synes svær at forene med vores viden om kvantefysik. På nuværende tidspunkt er adskillige eksperimentelle vidner blevet foreslået som metoder til at forfalske makrorealisme. I dette arbejde gennemgår og analyserer jeg kritisk både definitionen af ​​makrorealisme og de forskellige foreslåede tests heraf, idet jeg identificerer en række problemer med disse (og gentager de vigtigste kritikpunkter, som andre forfattere har rejst). Jeg viser derefter, at alle disse problemer kan løses ved at omformulere makrorealismen inden for rammerne af generaliserede sandsynlighedsteorier. Især argumenterer jeg for, at en teori bør anses for at være makrorealistisk, hvis og kun hvis den beskriver ethvert makroskopisk system ved en strengt klassisk (dvs. simplificeret) generaliseret sandsynlighedsteori. Denne tilgang bringer betydelig klarhed og præcision til vores forståelse af makrorealisme og giver os et væld af nye værktøjer – både konceptuelle og tekniske – til at studere makrorealisme. Jeg udnytter denne tilgang i) til at afklare, i hvilken forstand makrorealisme er en forestilling om klassiskitet, ii) for at foreslå en ny test af makrorealisme, der er maksimalt informativ og teoriuafhængig (i modsætning til alle tidligere test af makrorealisme), og iii) for at vise, at ethvert bevis på generaliseret kontekstualitet på et makroskopisk system indebærer makrorealismens fiasko.

[Indlejret indhold]

► BibTeX-data

► Referencer

[1] AJ Leggett og Anupam Garg. "Kvantemekanik versus makroskopisk realisme: Er fluksen der, når ingen kigger?". Phys. Rev. Lett. 54, 857-860 (1985).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.54.857

[2] Owen JE Maroney og Christopher G Timpson. "Quantum-vs. makrorealisme: Hvad tester leggett-garg-uligheden egentlig? (2014). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​1412.6139.
arXiv: 1412.6139

[3] L. Hardy. "Kvanteteori fra fem rimelige aksiomer" (2001). arXiv:quant-ph/​0101012.
arXiv:quant-ph/0101012

[4] Jonathan Barrett. "Informationsbehandling i generaliserede probabilistiske teorier". Phys. Rev. A 75, 032304 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.75.032304

[5] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D'Ariano og Paolo Perinotti. "Sandsynlighedsteorier med oprensning". Phys. Rev. A 81, 062348 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.81.062348

[6] John H Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal og Robert W Spekkens. "Tilgængelige fragmenter af generaliserede sandsynlighedsteorier, kegleækvivalens og anvendelser til at vidne til ikke-klassicitet" (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.107.062203

[7] L. Hardy, D. Home, EJ Squires og MAB Whitaker. "Realisme og den kvantemekaniske to-stats oscillator". Phys. Rev. A 45, 4267-4270 (1992).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.45.4267

[8] Sara Foster og Andrew Elby. "En blæksprutte no-go-sætning uden makrorealisme: Hvad blæksprutter virkelig fortæller os om naturen". Fundamenter af fysik 21, 773-785 (1991). url: https://doi.org/​10.1007/​BF00733344.
https://​/​doi.org/​10.1007/​BF00733344

[9] Fabio Benatti, Giancarlo Ghirardi og Renata Grassi. "Om nogle nylige forslag til at teste makrorealisme versus kvantemekanik". Fundamenter af fysik Letters 7, 105-126 (1994).
https://​/​doi.org/​10.1007/​BF02415504

[10] Rob Clifton. "Ikke-invasiv målbarhed, negative resultatmålinger og overvågede potter: Endnu et kig på Leggetts argumenter for uforeneligheden mellem makrorealisme og kvantemekanik". Symposium om grundlaget for moderne fysik. World Scientific. (1990). url: https://doi.org/​10.1142/​1213.
https://​/​doi.org/​10.1142/​1213

[11] Guido Bacciagaluppi. "Leggett-garg uligheder, pilotbølger og kontekstualitet" (2014).

[12] Michael D. Mazurek, Matthew F. Pusey, Kevin J. Resch og Robert W. Spekkens. "Eksperimentelt afgrænsende afvigelser fra kvanteteori i landskabet af generaliserede probabilistiske teorier". PRX Quantum 2, 020302 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.2.020302

[13] Michael J. Grabowecky, Christopher AJ Pollack, Andrew R. Cameron, Robert W. Spekkens og Kevin J. Resch. "Eksperimentelt afgrænsende afvigelser fra kvanteteori for et fotonisk tre-niveau system ved hjælp af teori-agnostisk tomografi". Phys. Rev. A 105, 032204 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.105.032204

[14] Johannes Kofler og Caslav Brukner. "Betingelse for makroskopisk realisme ud over leggett-garg ulighederne". Phys. Rev. A 87, 052115 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.87.052115

[15] George C Knee, Kosuke Kakuyanagi, Mao-Chuang Yeh, Yuichiro Matsuzaki, Hiraku Toida, Hiroshi Yamaguchi, Shiro Saito, Anthony J Leggett og William J Munro. "En streng eksperimentel test af makroskopisk realisme i en superledende flux-qubit". Naturformidling 7, 1–5 (2016). url: https://doi.org/​10.1038/​ncomms13253.
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms13253

[16] Mark M Wilde og Ari Mizel. "At adressere klodset smuthul i en leggett-garg test af makrorealisme". Fundamenter af fysik 42, 256-265 (2012). url: https://doi.org/​10.1007/​s10701-011-9598-4.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-011-9598-4

[17] John-Mark A Allen, Owen JE Maroney og Stefano Gogioso. "En stærkere teorem mod makrorealisme". Quantum 1, 13 (2017). url: https://​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-07-14-13.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-07-14-13

[18] RW Spekkens. "Kontekstualitet for forberedelser, transformationer og uskarpe målinger". Phys. Rev. A 71, 052108 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.71.052108

[19] Anthony J Leggett. "Afprøvning af grænserne for kvantemekanik: motivation, tilstand, udsigter". Journal of Physics: Condensed Matter 14, R415 (2002).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0953-8984/​14/​15/​201

[20] Florian Fröwis, Pavel Sekatski, Wolfgang Dür, Nicolas Gisin og Nicolas Sangouard. "Makroskopiske kvantetilstande: Foranstaltninger, skrøbelighed og implementeringer". Rev. Mod. Phys. 90, 025004 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.90.025004

[21] David Schmid, John H. Selby og Robert W. Spekkens. "Afkrydsning af omeletten af ​​årsagssammenhæng og slutning: Rammen for kausal-inferentielle teorier" (2020). arXiv:2009.03297.
arXiv: 2009.03297

[22] Nicholas Harrigan og Robert W. Spekkens. "Einstein, ufuldstændighed og det epistemiske syn på kvantetilstande". Fundet. Phys. 40, 125-157 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-009-9347-0

[23] Anthony J Leggett. "Eksperimentelle tilgange til kvantemålingsparadokset". Fundamenter af fysik 18, 939-952 (1988). url: https://doi.org/​10.1007/​BF01855943.
https://​/​doi.org/​10.1007/​BF01855943

[24] Stephen D Bartlett, Terry Rudolph og Robert W Spekkens. "Referencerammer, superselektionsregler og kvanteinformation". Anmeldelser af Modern Physics 79, 555 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.79.555

[25] David Schmid, John H Selby, Matthew F Pusey og Robert W Spekkens. "En struktursætning for generaliserede-ikke-kontekstuelle ontologiske modeller" (2020). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2005.07161.
arXiv: 2005.07161

[26] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, David Schmid og Robert W Spekkens. "Hvorfor interferensfænomener ikke fanger essensen af ​​kvanteteori" (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-09-25-1119

[27] Avshalom C Elitzur og Lev Vaidman. "Kvantemekaniske interaktionsfrie målinger". Fundamenter af fysik 23, 987-997 (1993). url: https://doi.org/​10.1007/​BF00736012.
https://​/​doi.org/​10.1007/​BF00736012

[28] Carlton M Caves, Christopher A Fuchs og Rüdiger Schack. "Kvantesandsynligheder som bayesianske sandsynligheder". Fysisk anmeldelse A 65, 022305 (2002).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.65.022305

[29] Robert W. Spekkens. "Beviser for det epistemiske syn på kvantetilstande: En legetøjsteori". Phys. Rev. A 75, 032110 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.75.032110

[30] B. Hensen et al. "Smuthulsfri klokkeulighedskrænkelse ved hjælp af elektronspin adskilt med 1.3 kilometer". Nature 526, 682 EP – (2015).
https://​/​doi.org/​10.1038/​nature15759

[31] Lynden K. Shalm, Evan Meyer-Scott, Bradley G. Christensen, Peter Bierhorst, Michael A. Wayne, Martin J. Stevens, Thomas Gerrits, Scott Glancy, Deny R. Hamel, Michael S. Allman, Kevin J. Coakley, Shellee D. Dyer, Carson Hodge, Adriana E. Lita, Varun B. Verma, Camilla Lambrocco, Edward Tortorici, Alan L. Migdall, Yanbao Zhang, Daniel R. Kumor, William H. Farr, Francesco Marsili, Matthew D. Shaw, Jeffrey A. Stern, Carlos Abellán, Waldimar Amaya, Valerio Pruneri, Thomas Jennewein, Morgan W. Mitchell, Paul G. Kwiat, Joshua C. Bienfang, Richard P. Mirin, Emanuel Knill og Sae Woo Nam. "Stærk smuthulsfri test af lokal realisme". Phys. Rev. Lett. 115, 250402 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.115.250402

[32] Marissa Giustina, Marijn AM Versteegh, Sören Wengerowsky, Johannes Handsteiner, Armin Hochrainer, Kevin Phelan, Fabian Steinlechner, Johannes Kofler, Jan-Åke Larsson, Carlos Abellán, Waldimar Amaya, Valerio Pruneri, Morgan W. Mitchell, Jörn Beyer, Thomas Gerrits, Adriana E. Lita, Lynden K. Shalm, Sae Woo Nam, Thomas Scheidl, Rupert Ursin, Bernhard Wittmann og Anton Zeilinger. "Betydende-smuthul-fri test af klokkens sætning med sammenfiltrede fotoner". Phys. Rev. Lett. 115, 250401 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.115.250401

[33] Michael D. Mazurek, Matthew F. Pusey, Ravi Kunjwal, Kevin J. Resch og Robert W. Spekkens. "En eksperimentel test af ikke-kontekstualitet uden ufysiske idealiseringer". Nat. Comm. 7 (2016). url: https://doi.org/​10.1038/​ncomms11780.
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms11780

[34] Ravi Kunjwal og Robert W. Spekkens. "Fra Kochen-Specker-sætningen til ikke-kontekstualitets-uligheder uden at antage determinisme". Phys. Rev. Lett. 115, 110403 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.115.110403

[35] David Schmid, John H. Selby, Elie Wolfe, Ravi Kunjwal og Robert W. Spekkens. "Karakterisering af ikke-kontekstualitet inden for rammerne af generaliserede probabilistiske teorier". PRX Quantum 2, 010331 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.2.010331

[36] Lucien Hardy og William K Wootters. "Begrænset holisme og real-vektor-rum kvanteteori". Fundamenter for fysik 42, 454-473 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-011-9616-6

[37] Michael A Nielsen og Isaac Chuang. "Kvanteberegning og kvanteinformation". Cambridge University Press. (2010). url: http://​/​mmrc.amss.cas.cn/​tlb/​201702/​W020170224608149940643.pdf.
http://​/​mmrc.amss.cas.cn/​tlb/​201702/​W020170224608149940643.pdf

[38] David Schmid, Katja Ried og Robert W. Spekkens. "Hvorfor indledende system-miljø-korrelationer ikke indebærer svigt af fuldstændig positivitet: Et kausalt perspektiv". Phys. Rev. A 100, 022112 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.100.022112

[39] Lucien Hardy. "Reformulering og rekonstruktion af kvanteteori" (2011). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​1104.2066.
arXiv: 1104.2066

[40] Berthold-Georg Englert. "Brandsynlighed og hvilken-vejs-information: En ulighed". Phys. Rev. Lett. 77, 2154-2157 (1996).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.77.2154

[41] Andrew JP Garner, Oscar CO Dahlsten, Yoshifumi Nakata, Mio Murao og Vlatko Vedral. "En ramme for fase og indblanding i generaliserede probabilistiske teorier". New Journal of Physics 15, 093044 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​9/​093044

[42] David Schmid, John H Selby og Robert W Spekkens. "At adressere nogle almindelige indvendinger mod generaliseret ikke-kontekstualitet" (2023). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2302.07282.
arXiv: 2302.07282

[43] Matthew F. Pusey, Lídia del Rio og Bettina Meyer. "Kontekstualitet uden adgang til et tomografisk komplet sæt" (2019). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​1904.08699.
arXiv: 1904.08699

[44] Robert W. Spekkens. "Quasi-kvantisering: Klassiske statistiske teorier med en epistemisk begrænsning". Side 83-135. Springer Holland. Dordrecht (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-94-017-7303-4_4

[45] Stephen D Bartlett, Terry Rudolph og Robert W Spekkens. "Rekonstruktion af gaussisk kvantemekanik fra Liouville-mekanik med en epistemisk begrænsning". Phys. Rev. A 86, 012103 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.86.012103

[46] Robert W. Spekkens. "Den ontologiske identitet af empiriske umærkelige: Leibniz' metodologiske princip og dets betydning i Einsteins arbejde" (2019). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​1909.04628.
arXiv: 1909.04628

[47] Robert W. Spekkens. "Negativitet og kontekstualitet er ækvivalente forestillinger om ikke-klassicitet". Phys. Rev. Lett. 101, 020401 (2008).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.101.020401

[48] Cristhiano Duarte Barbara Amaral Marcelo Terra Cunha Roberto D. Baldijao, Rafael Wagner. "Ikkekontekstualitet som en betydning af klassiskitet i kvantedarwinisme" (2021). arXiv:2104.05734.
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.2.030351
arXiv: 2104.05734

[49] Iman Marvian. "Utilgængelig information i probabilistiske modeller af kvantesystemer, uligheder i ikke-kontekstualitet og støjtærskler for kontekstualitet" (2020). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2003.05984.
arXiv: 2003.05984

[50] John H Selby, Elie Wolfe, David Schmid og Ana Belén Sainz. "Et open source lineært program til at teste ikke-klassicitet" (2022). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2204.11905.
arXiv: 2204.11905

[51] JS Bell. "Om Einstein Podolsky Rosen-paradokset". Physics 1, 195-200 (1964).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[52] Matthew F. Pusey. "Anomale svage værdier er beviser for kontekstualitet". Phys. Rev. Lett. 113, 200401 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.113.200401

[53] Robert W. Spekkens, DH Buzacott, AJ Keehn, Ben Toner og GJ Pryde. "Forberedelseskontekstualitet giver mulighed for paritets-uvidende multipleksing". Phys. Rev. Lett. 102, 010401 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.102.010401

[54] Andre Chailloux, Iordanis Kerenidis, Srijita Kundu og Jamie Sikora. "Optimale grænser for paritetsuglemte tilfældige adgangskoder". Ny J. Phys. 18, 045003 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​4/​045003

[55] Andris Ambainis, Manik Banik, Anubhav Chaturvedi, Dmitry Kravchenko og Ashutosh Rai. "Parity Oblivious $d$-Level Random Access Codes and Class of Noncontextuality Inequalities" (2016). url: http://​/​arxiv.org/​abs/​1607.05490.
arXiv: 1607.05490

[56] Debashis Saha, Paweł Horodecki og Marcin Pawłowski. "Statens uafhængige kontekstualitet fremmer envejskommunikation". Ny J. Phys. 21, 093057 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab4149

[57] Robert Raussendorf. "Kontekstualitet i målebaseret kvanteberegning". Phys. Rev. A 88, 022322 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.88.022322

[58] Matty J Hoban, Earl T Campbell, Klearchos Loukopoulos og Dan E Browne. "Ikke-adaptiv målebaseret kvanteberegning og multiparts Bell-uligheder". Ny J. Phys. 13, 023014 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​2/​023014

[59] David Schmid, Haoxing Du, John H Selby og Matthew F Pusey. "Stabilisatorunderteorien har en unik ikke-kontekstuel model" (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.129.120403

[60] David Schmid og Robert W Spekkens. "Kontekstuel fordel for statsdiskrimination". Phys. Rev. X 8, 011015 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.8.011015

[61] Matteo Lostaglio og Gabriel Senno. "Kontekstuel fordel for tilstandsafhængig kloning" (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-27-258

[62] Matteo Lostaglio. "Certificering af kvantesignaturer i termodynamik og metrologi via kontekstualitet af kvantelineær respons". Phys. Rev. Lett. 125, 230603 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.230603

[63] Farid Shahandeh. "Kontekstualitet af generelle probabilistiske teorier og kraften i en enkelt ressource" (2019). arXiv:1911.11059.
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.2.010330
arXiv: 1911.11059

[64] J. Barrett et al. "Ikke-lokale sammenhænge som en informationsteoretisk ressource". Phys. Rev. A 71, 022101 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.71.022101

[65] Gilad Gour og Robert W Spekkens. "Ressourceteorien om kvantereferencerammer: manipulationer og monotoner". Ny J. Phys. 10, 033023 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​10/​3/​033023

[66] Victor Veitch, SA Hamed Mousavian, Daniel Gottesman og Joseph Emerson. "Ressourceteorien om stabilisatorkvanteberegning". Ny J. Phys. 16, 013009 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​1/​013009

[67] Bob Coecke, Tobias Fritz og Robert W Spekkens. "En matematisk teori om ressourcer". Info. Comp. 250, 59-86 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.ic.2016.02.008

[68] Denis Rosset, Francesco Buscemi og Yeong-Cherng Liang. "Ressourceteori om kvantehukommelser og deres trofaste verifikation med minimale antagelser". Phys. Rev. X 8, 021033 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.8.021033

[69] Iman Marvian og Robert W Spekkens. "Teorien om manipulationer af ren tilstandsasymmetri: I. grundlæggende værktøjer, ækvivalensklasser og enkeltkopitransformationer". New Journal of Physics 15, 033001 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​3/​033001

[70] David Schmid, Thomas C. Fraser, Ravi Kunjwal, Ana Belen Sainz, Elie Wolfe og Robert W. Spekkens. "Forstå samspillet mellem sammenfiltring og ikke-lokalitet: motivering og udvikling af en ny gren af ​​forviklingsteori". Quantum 7, 1194 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-12-04-1194

[71] David Schmid, Denis Rosset og Francesco Buscemi. "Den typeuafhængige ressourceteori om lokale operationer og delt tilfældighed". Quantum 4, 262 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-262

Citeret af

[1] Vinicius P. Rossi, David Schmid, John H. Selby og Ana Belén Sainz, "Kontekstualitet med forsvindende sammenhæng og maksimal robusthed til affasering", Fysisk anmeldelse A 108 3, 032213 (2023).

[2] Giuseppe Vitagliano og Costantino Budroni, "Leggett-Garg makrorealisme og tidsmæssige korrelationer", Fysisk anmeldelse A 107 4, 040101 (2023).

[3] David Schmid, John H. Selby og Robert W. Spekkens, "Adressing some common objections to generalized noncontextuality", arXiv: 2302.07282, (2023).

[4] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, Giovanni Scala, David Schmid og Robert W. Spekkens, "Aspects of the phenomenology of interference that is genuinly nonclassical", Fysisk anmeldelse A 108 2, 022207 (2023).

Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2024-01-03 15:51:26). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.

Kunne ikke hente Crossref citeret af data under sidste forsøg 2024-01-03 15:51:22: Kunne ikke hente citerede data for 10.22331/q-2024-01-03-1217 fra Crossref. Dette er normalt, hvis DOI blev registreret for nylig.

Tidsstempel:

Mere fra Quantum Journal