O revizuire și reformulare a realismului macroscopic: rezolvarea deficiențelor sale folosind cadrul teoriilor probabiliste generalizate

O revizuire și reformulare a realismului macroscopic: rezolvarea deficiențelor sale folosind cadrul teoriilor probabiliste generalizate

Nodul sursă: 3044646

David Schmid

Centrul Internațional pentru Teoria Tehnologiilor Cuantice, Universitatea din Gdansk, 80-308 Gdansk, Polonia

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Noțiunea de macrorealism a fost introdusă de Leggett și Garg în încercarea de a surprinde concepția noastră intuitivă despre lumea macroscopică, care pare greu de reconciliat cu cunoștințele noastre despre fizica cuantică. Până acum, numeroși martori experimentali au fost propuși ca metode de falsificare a macrorealismului. În această lucrare, revizuiesc și analizez critic atât definiția macrorealismului, cât și diferitele teste propuse ale acestuia, identificând o serie de probleme cu acestea (și revizuind criticile cheie ridicate de alți autori). Arăt apoi că toate aceste probleme pot fi rezolvate prin reformularea macrorealismului în cadrul teoriilor probabiliste generalizate. În special, susțin că o teorie ar trebui considerată a fi macrorealistă dacă și numai dacă descrie fiecare sistem macroscopic printr-o teorie probabilistică generalizată strict clasică (adică simplială). Această abordare aduce claritate și precizie semnificative înțelegerii noastre a macrorealismului și ne oferă o serie de instrumente noi – atât conceptuale, cât și tehnice – pentru studiul macrorealismului. Folosesc această abordare i) pentru a clarifica în ce sens macrorealismul este o noțiune de clasicitate, ii) pentru a propune un nou test de macrorealism care este maxim informativ și independent de teorie (spre deosebire de toate testele anterioare ale macrorealismului) și iii) pentru a arăta că fiecare dovadă a contextualității generalizate pe un sistem macroscopic implică eșecul macrorealismului.

[Conținutul încorporat]

► Date BibTeX

► Referințe

[1] A. J. Leggett și Anupam Garg. „Mecanica cuantică versus realism macroscopic: este fluxul acolo când nimeni nu se uită?”. Fiz. Rev. Lett. 54, 857–860 (1985).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.54.857

[2] Owen JE Maroney și Christopher G Timpson. „Cuantic-vs. macrorealism: Ce testează de fapt inegalitatea leggett-garg?” (2014). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​1412.6139.
arXiv: 1412.6139

[3] L. Hardy. „Teoria cuantică din cinci axiome rezonabile” (2001). arXiv:quant-ph/​0101012.
arXiv: Quant-ph / 0101012

[4] Jonathan Barrett. „Prelucrarea informației în teoriile probabiliste generalizate”. Fiz. Rev. A 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304

[5] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D’Ariano și Paolo Perinotti. „Teorii probabiliste cu purificare”. Fiz. 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 și Robert W Spekkens. „Fragmente accesibile de teorii probabilistice generalizate, echivalență de conuri și aplicații pentru a asista la nonclasicitate” (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.107.062203

[7] L. Hardy, D. Home, E. J. Squires și M. A. B. Whitaker. „Realismul și oscilatorul cuantic-mecanic în două stări”. Fiz. Rev. A 45, 4267–4270 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.4267

[8] Sara Foster și Andrew Elby. „O teoremă interzisă pentru calmar fără macrorealism: ce ne spun cu adevărat calmarul despre natură”. Fundamentele fizicii 21, 773–785 (1991). url: https://​/​doi.org/​10.1007/​BF00733344.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00733344

[9] Fabio Benatti, Giancarlo Ghirardi și Renata Grassi. „Despre unele propuneri recente de testare a macrorealismului versus mecanica cuantică”. Foundations of Physics Letters 7, 105–126 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02415504

[10] Rob Clifton. „Măsurabilitate non-invazivă, măsurători cu rezultate negative și vase urmărite: o altă privire asupra argumentelor lui Leggett pentru incompatibilitatea dintre macrorealism și mecanica cuantică”. Simpozion despre fundamentele fizicii moderne. științific mondial. (1990). url: https://​/​doi.org/​10.1142/​1213.
https: / / doi.org/ 10.1142 / 1213

[11] Guido Bacciagaluppi. „Inegalități Leggett-garg, valuri pilot și contextualitate” (2014).

[12] Michael D. Mazurek, Matthew F. Pusey, Kevin J. Resch și Robert W. Spekkens. „Abateri de limite experimentale de la teoria cuantică în peisajul teoriilor probabiliste generalizate”. PRX Quantum 2, 020302 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020302

[13] Michael J. Grabowecky, Christopher A. J. Pollack, Andrew R. Cameron, Robert W. Spekkens și Kevin J. Resch. „Abateri de limite experimentale de la teoria cuantică pentru un sistem fotonic cu trei niveluri folosind tomografia agnostică teorie”. Fiz. Rev. A 105, 032204 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.032204

[14] Johannes Kofler și Caslav Brukner. „Condiție pentru realismul macroscopic dincolo de inegalitățile leggett-garg”. Fiz. 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 și William J Munro. „Un test experimental strict al realismului macroscopic într-un qubit de flux supraconductor”. Nature communications 7, 1–5 (2016). url: https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms13253.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms13253

[16] Mark M Wilde și Ari Mizel. „Abordarea lacunei stângăcie într-un test leggett-garg al macrorealismului”. Fundamentele fizicii 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 și Stefano Gogioso. „O teoremă mai puternică împotriva macrorealismului”. 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. „Contextualitate pentru pregătiri, transformări și măsurători neclare”. Fiz. Rev. A 71, 052108 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.052108

[19] Anthony J Leggett. „Testarea limitelor mecanicii cuantice: motivație, stare de joc, perspective”. 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 și Nicolas Sangouard. „Stări cuantice macroscopice: Măsuri, fragilitate și implementări”. Rev. Mod. Fiz. 90, 025004 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.025004

[21] David Schmid, John H. Selby și Robert W. Spekkens. „Descifrarea omletei cauzalității și inferenței: cadrul teoriilor cauzal-inferențiale” (2020). arXiv:2009.03297.
arXiv: 2009.03297

[22] Nicholas Harrigan și Robert W. Spekkens. „Einstein, incompletitudinea și viziunea epistemică a stărilor cuantice”. Găsite. Fiz. 40, 125–157 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-009-9347-0

[23] Anthony J Leggett. „Abordări experimentale ale paradoxului măsurării cuantice”. Foundations of Physics 18, 939–952 (1988). url: https://​/​doi.org/​10.1007/​BF01855943.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01855943

[24] Stephen D Bartlett, Terry Rudolph și Robert W Spekkens. „Cadre de referință, reguli de supraselectare și informații cuantice”. Reviews of Modern Physics 79, 555 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.79.555

[25] David Schmid, John H Selby, Matthew F Pusey și Robert W Spekkens. „O teoremă de structură pentru modele ontologice generalizate-noncontextuale” (2020). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2005.07161.
arXiv: 2005.07161

[26] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, David Schmid și Robert W Spekkens. „De ce fenomenele de interferență nu surprind esența teoriei cuantice” (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-09-25-1119

[27] Avshalom C Elitzur și Lev Vaidman. „Măsurători fără interacțiune mecanică cuantică”. Foundations of Physics 23, 987–997 (1993). url: https://​/​doi.org/​10.1007/​BF00736012.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00736012

[28] Carlton M Caves, Christopher A Fuchs și Rüdiger Schack. „Probabilități cuantice ca probabilități bayesiene”. Revizuire fizică A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305

[29] Robert W. Spekkens. „Dovezi pentru viziunea epistemică a stărilor cuantice: o teorie a jucăriilor”. Fiz. Rev. A 75, 032110 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032110

[30] B. Hensen şi colab. „Încălcarea inegalității Bell fără lacune folosind spinuri de electroni separate de 1.3 kilometri”. Natura 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 și Sae Woo Nam. „Test puternic, fără lacune, al realismului local”. Fiz. 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 și Anton Zeilinger. „Testul fără lacune semnificative al teoremei lui Bell cu fotoni încâlciți”. Fiz. 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 și Robert W. Spekkens. „Un test experimental de noncontextualitate fără idealizări nefizice”. Nat. Comm. 7 (2016). url: https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms11780.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11780

[34] Ravi Kunjwal și Robert W. Spekkens. „De la teorema Kochen-Specker la inegalitățile de noncontextualitate fără asumarea determinismului”. Fiz. Rev. Lett. 115, 110403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.110403

[35] David Schmid, John H. Selby, Elie Wolfe, Ravi Kunjwal și Robert W. Spekkens. „Caracterizarea noncontextualității în cadrul teoriilor probabiliste generalizate”. PRX Quantum 2, 010331 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010331

[36] Lucien Hardy și William K Wootters. „Holism limitat și teoria cuantică a spațiului vectorial real”. Fundamentele fizicii 42, 454–473 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-011-9616-6

[37] Michael A Nielsen și Isaac Chuang. „Calcul cuantic și informații cuantice”. 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 și Robert W. Spekkens. „De ce corelațiile inițiale sistem-mediu nu implică eșecul pozitivității complete: o perspectivă cauzală”. Fiz. Rev. A 100, 022112 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022112

[39] Lucien Hardy. „Reformularea și reconstrucția teoriei cuantice” (2011). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​1104.2066.
arXiv: 1104.2066

[40] Berthold-Georg Englert. „Vizibilitatea marginală și informația în ce direcție: o inegalitate”. Fiz. 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 și Vlatko Vedral. „Un cadru pentru faza și interferența în teoriile probabilistice generalizate”. New Journal of Physics 15, 093044 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​9/​093044

[42] David Schmid, John H Selby și Robert W Spekkens. „Abordarea unor obiecții comune la noncontextualitatea generalizată” (2023). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2302.07282.
arXiv: 2302.07282

[43] Matthew F. Pusey, Lídia del Rio și Bettina Meyer. „Contextualitate fără acces la un set complet tomografic” (2019). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​1904.08699.
arXiv: 1904.08699

[44] Robert W. Spekkens. „Cvasi-cuantizare: teorii statistice clasice cu o restricție epistemică”. Paginile 83–135. Springer Olanda. Dordrecht (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-94-017-7303-4_4

[45] Stephen D Bartlett, Terry Rudolph și Robert W Spekkens. „Reconstrucția mecanicii cuantice gaussiene din mecanica liouville cu o restricție epistemică”. Fiz. Rev. A 86, 012103 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.012103

[46] Robert W. Spekkens. „Identitatea ontologică a indiscernibililor empiric: principiul metodologic al lui Leibniz și semnificația sa în opera lui Einstein” (2019). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​1909.04628.
arXiv: 1909.04628

[47] Robert W. Spekkens. „Negativitatea și contextualitatea sunt noțiuni echivalente de nonclasicitate”. Fiz. 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. „Noncontextualitatea ca semnificație a clasicității în darwinismul cuantic” (2021). arXiv:2104.05734.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030351
arXiv: 2104.05734

[49] Iman Marvian. „Informații inaccesibile în modelele probabilistice ale sistemelor cuantice, inegalitățile non-contextualității și pragurile de zgomot pentru contextualitate” (2020). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2003.05984.
arXiv: 2003.05984

[50] John H Selby, Elie Wolfe, David Schmid și Ana Belén Sainz. „Un program liniar open-source pentru testarea nonclasicității” (2022). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2204.11905.
arXiv: 2204.11905

[51] JS Bell. „Despre paradoxul lui Einstein Podolsky Rosen”. Fizica 1, 195–200 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[52] Matthew F. Pusey. „Valorile slabe anormale sunt dovezi ale contextualității”. Fiz. Rev. Lett. 113, 200401 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.200401

[53] Robert W. Spekkens, D. H. Buzacott, A. J. Keehn, Ben Toner și G. J. Pryde. „Contextualitatea pregătirii dă putere multiplexării paritate-obligatorie”. Fiz. Rev. Lett. 102, 010401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.010401

[54] Andre Chailloux, Iordanis Kerenidis, Srijita Kundu și Jamie Sikora. „Limite optime pentru codurile de acces aleatoriu care nu au paritate”. New J. Phys. 18, 045003 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​4/​045003

[55] Andris Ambainis, Manik Banik, Anubhav Chaturvedi, Dmitry Kravchenko și 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 și Marcin Pawłowski. „Contextualitatea independentă de stat promovează comunicarea unidirecțională”. New J. Phys. 21, 093057 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab4149

[57] Robert Raussendorf. „Contextualitatea în calculul cuantic bazat pe măsurare”. Fiz. Rev. A 88, 022322 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.022322

[58] Matty J Hoban, Earl T Campbell, Klearchos Loukopoulos și Dan E Browne. „Calcul cuantic bazat pe măsurare neadaptativă și inegalitățile Bell multipartite”. New J. Phys. 13, 023014 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​2/​023014

[59] David Schmid, Haoxing Du, John H Selby și Matthew F Pusey. „Subteoria stabilizatorului are un model unic noncontextual” (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.120403

[60] David Schmid și Robert W Spekkens. „Avantaj contextual pentru discriminarea de stat”. Fiz. Rev. X 8, 011015 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011015

[61] Matteo Lostaglio și Gabriel Senno. „Avantaj contextual pentru clonarea dependentă de stat” (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-27-258

[62] Matteo Lostaglio. „Certificarea semnăturilor cuantice în termodinamică și metrologie prin contextualitatea răspunsului liniar cuantic”. Fiz. Rev. Lett. 125, 230603 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.230603

[63] Farid Shahandeh. „Contextualitatea teoriilor probabiliste generale și puterea unei singure resurse” (2019). arXiv:1911.11059.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010330
arXiv: 1911.11059

[64] J. Barrett şi colab. „Corelațiile nonlocale ca resursă teoretică informațională”. Fiz. Rev. A 71, 022101 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.022101

[65] Gilad Gour și Robert W Spekkens. „Teoria resurselor cadrelor de referință cuantice: manipulări și monotone”. New J. Phys. 10, 033023 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​10/​3/​033023

[66] Victor Veitch, SA Hamed Mousavian, Daniel Gottesman și Joseph Emerson. „Teoria resurselor calculului cuantic stabilizator”. New J. Phys. 16, 013009 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​1/​013009

[67] Bob Coecke, Tobias Fritz și Robert W Spekkens. „O teorie matematică a resurselor”. Info. Comp. 250, 59–86 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.ic.2016.02.008

[68] Denis Rosset, Francesco Buscemi și Yeong-Cherng Liang. „Teoria resurselor memoriilor cuantice și verificarea lor fidelă cu presupuneri minime”. Fiz. Rev. X 8, 021033 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021033

[69] Iman Marvian și Robert W Spekkens. „Teoria manipulărilor asimetriei stării pure: I. instrumente de bază, clase de echivalență și transformări în copie unică”. 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 și Robert W. Spekkens. „Înțelegerea interacțiunii dintre entanglement și nonlocalitate: motivarea și dezvoltarea unei noi ramuri a teoriei întanglementului”. Quantum 7, 1194 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-12-04-1194

[71] David Schmid, Denis Rosset și Francesco Buscemi. „Teoria resurselor independente de tip a operațiunilor locale și aleatorii partajate”. Quantum 4, 262 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-262

Citat de

[1] Vinicius P. Rossi, David Schmid, John H. Selby și Ana Belén Sainz, „Contextuality with vanishing coherence and maximal robustness to dephasing”, Revista fizică A 108 3, 032213 (2023).

[2] Giuseppe Vitagliano și Costantino Budroni, „Macrorealism Leggett-Garg și corelații temporale”, Revista fizică A 107 4, 040101 (2023).

[3] David Schmid, John H. Selby și Robert W. Spekkens, „Addressing some common objections to generalized noncontextuality”, arXiv: 2302.07282, (2023).

[4] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, Giovanni Scala, David Schmid și Robert W. Spekkens, „Aspects of the phenomenology of interference that are genuinly nonclassical”, Revista fizică A 108 2, 022207 (2023).

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2024-01-03 15:51:26). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.

Nu a putut să aducă Date citate încrucișate în ultima încercare 2024-01-03 15:51:22: Nu s-au putut prelua date citate pentru 10.22331 / q-2024-01-03-1217 de la Crossref. Acest lucru este normal dacă DOI a fost înregistrat recent.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic