Pregled in preoblikovanje makroskopskega realizma: reševanje njegovih pomanjkljivosti z uporabo okvira posplošenih verjetnostnih teorij

Pregled in preoblikovanje makroskopskega realizma: reševanje njegovih pomanjkljivosti z uporabo okvira posplošenih verjetnostnih teorij

Izvorno vozlišče: 3044646

David Šmid

Mednarodni center za teorijo kvantnih tehnologij, Univerza v Gdansku, 80-308 Gdansk, Poljska

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

Minimalizem

Pojem makrorealizma sta uvedla Leggett in Garg, da bi zajela našo intuitivno predstavo o makroskopskem svetu, ki se zdi težko združljiva z našim znanjem o kvantni fiziki. Doslej so bile številne eksperimentalne priče predlagane kot metode potvarjanja makrorealizma. V tem delu kritično pregledam in analiziram tako definicijo makrorealizma kot njene različne predlagane preizkuse, pri čemer identificiram številne težave s temi (in ponovno pregledam ključne kritike, ki so jih izpostavili drugi avtorji). Nato pokažem, da je vse te probleme mogoče rešiti s preoblikovanjem makrorealizma v okviru posplošenih verjetnostnih teorij. Zlasti trdim, da je treba teorijo šteti za makrorealistično, če in samo če opisuje vsak makroskopski sistem s strogo klasično (tj. poenostavljeno) posplošeno verjetnostno teorijo. Ta pristop prinaša veliko jasnost in natančnost v naše razumevanje makrorealizma in nam ponuja množico novih orodij – konceptualnih in tehničnih – za preučevanje makrorealizma. Ta pristop uporabljam, da i) razjasnim, v kakšnem smislu je makrorealizem pojem klasičnosti, ii) da predlagam nov test makrorealizma, ki je maksimalno informativen in neodvisen od teorije (za razliko od vseh predhodnih testov makrorealizma), in iii) da pokažem, da vsak dokaz posplošene kontekstualnosti na makroskopskem sistemu implicira neuspeh makrorealizma.

[Vgrajeni vsebina]

► BibTeX podatki

► Reference

[1] AJ Leggett in Anupam Garg. "Kvantna mehanika proti makroskopskemu realizmu: Ali je tok tam, ko nihče ne gleda?". Phys. Rev. Lett. 54, 857–860 (1985).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.54.857

[2] Owen JE Maroney in Christopher G Timpson. “Quantum-vs. makrorealizma: Kaj dejansko preizkuša leggett-gargova neenakost?« (2014). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​1412.6139.
arXiv: 1412.6139

[3] L. Hardy. »Kvantna teorija iz petih razumnih aksiomov« (2001). arXiv:quant-ph/​0101012.
arXiv: kvant-ph / 0101012

[4] Jonathan Barrett. “Obdelava informacij v posplošenih verjetnostnih teorijah”. Phys. Rev. A 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304

[5] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D'Ariano in Paolo Perinotti. “Verjetnostne teorije s prečiščevanjem”. 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 in Robert W Spekkens. »Dostopni fragmenti posplošenih verjetnostnih teorij, enakovrednosti stožcev in aplikacij za opazovanje neklasičnosti« (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.107.062203

[7] L. Hardy, D. Home, EJ Squires in MAB Whitaker. “Realizem in kvantno-mehanski oscilator z dvema stanjema”. Phys. Rev. A 45, 4267–4270 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.4267

[8] Sara Foster in Andrew Elby. “Teorem o prepovedi lignjev brez makrorealizma: Kaj nam lignji v resnici povedo o naravi”. Osnove fizike 21, 773–785 (1991). url: https://​/​doi.org/​10.1007/​BF00733344.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00733344

[9] Fabio Benatti, Giancarlo Ghirardi in Renata Grassi. "O nekaterih nedavnih predlogih za testiranje makrorealizma v primerjavi s kvantno mehaniko". Foundations of Physics Letters 7, 105–126 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02415504

[10] Rob Clifton. »Neinvazivna merljivost, meritve z negativnimi rezultati in opazovani lonci: še en pogled na Leggettove argumente za nezdružljivost med makrorealizmom in kvantno mehaniko«. Simpozij o temeljih sodobne fizike. Svetovni znanstveni. (1990). url: https://​/​doi.org/​10.1142/​1213.
https: / / doi.org/ 10.1142 / 1213

[11] Guido Bacciagaluppi. »Leggett-garg neenakosti, pilotni valovi in ​​kontekstualnost« (2014).

[12] Michael D. Mazurek, Matthew F. Pusey, Kevin J. Resch in Robert W. Spekkens. "Eksperimentalno omejena odstopanja od kvantne teorije v pokrajini posplošenih verjetnostnih teorij". 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 in Kevin J. Resch. "Eksperimentalno omejevanje odstopanj od kvantne teorije za fotonski trinivojski sistem z uporabo teoretično-agnostične tomografije". Phys. Rev. A 105, 032204 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.032204

[14] Johannes Kofler in Caslav Brukner. "Pogoj za makroskopski realizem onkraj leggett-gargovih neenakosti". 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 in William J Munro. "Strog eksperimentalni test makroskopskega realizma v superprevodnem kubitu pretoka". Nature Communications 7, 1–5 (2016). url: https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms13253.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms13253

[16] Mark M Wilde in Ari Mizel. »Reševanje vrzeli okornosti v leggett-gargovem testu makrorealizma«. Osnove fizike 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 in Stefano Gogioso. "Močnejši izrek proti makrorealizmu". 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. “Kontekstualnost za priprave, transformacije in neostre meritve”. Phys. Rev. A 71, 052108 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.052108

[19] Anthony J Leggett. "Preizkušanje meja kvantne mehanike: motivacija, trenutno stanje, obeti". 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 in Nicolas Sangouard. "Makroskopska kvantna stanja: Mere, krhkost in izvedbe". Rev. Mod. Phys. 90, 025004 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.025004

[21] David Schmid, John H. Selby in Robert W. Spekkens. »Razvozlati omleto vzročnosti in sklepanja: okvir vzročno-inferencialnih teorij« (2020). arXiv:2009.03297.
arXiv: 2009.03297

[22] Nicholas Harrigan in Robert W. Spekkens. "Einstein, nepopolnost in epistemični pogled na kvantna stanja". Najdeno. Phys. 40, 125–157 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-009-9347-0

[23] Anthony J Leggett. "Eksperimentalni pristopi k kvantnemu merilnemu paradoksu". Osnove fizike 18, 939–952 (1988). url: https://​/​doi.org/​10.1007/​BF01855943.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01855943

[24] Stephen D Bartlett, Terry Rudolph in Robert W Spekkens. "Referenčni okviri, pravila superselekcije in kvantne informacije". Reviews of Modern Physics 79, 555 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.79.555

[25] David Schmid, John H Selby, Matthew F Pusey in Robert W Spekkens. »Strukturni izrek za posplošeno-nekontekstualne ontološke modele« (2020). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2005.07161.
arXiv: 2005.07161

[26] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, David Schmid in Robert W Spekkens. »Zakaj interferenčni pojavi ne zajamejo bistva kvantne teorije« (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-09-25-1119

[27] Avshalom C Elitzur in Lev Vaidman. "Meritve brez kvantnih mehanskih interakcij". Osnove fizike 23, 987–997 (1993). url: https://​/​doi.org/​10.1007/​BF00736012.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00736012

[28] Carlton M Caves, Christopher A Fuchs in Rüdiger Schack. “Kvantne verjetnosti kot Bayesove verjetnosti”. Fizični pregled A 65, 022305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.022305

[29] Robert W. Spekkens. "Dokazi za epistemični pogled na kvantna stanja: teorija igrač". Phys. Rev. A 75, 032110 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032110

[30] B. Hensen et al. "Kršitev Bellove neenakosti brez vrzeli z uporabo elektronskih vrtljajev, ločenih z 1.3 kilometra". 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 in Sae Woo Nam. »Močan preizkus lokalnega realizma brez zank«. 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 in Anton Zeilinger. "Preizkus Bellovega izreka z zapletenimi fotoni brez pomembnih lukenj". 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 in Robert W. Spekkens. "Eksperimentalni preizkus nekontekstualnosti brez nefizičnih idealizacij". Nat. Komunikacija 7 (2016). url: https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms11780.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11780

[34] Ravi Kunjwal in Robert W. Spekkens. »Od Kochen-Speckerjevega izreka do neenakosti nekontekstualnosti brez predpostavke determinizma«. Phys. Rev. Lett. 115, 110403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.110403

[35] David Schmid, John H. Selby, Elie Wolfe, Ravi Kunjwal in Robert W. Spekkens. “Karakterizacija nekontekstualnosti v okviru posplošenih verjetnostnih teorij”. PRX Quantum 2, 010331 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010331

[36] Lucien Hardy in William K Wootters. "Omejeni holizem in kvantna teorija realnega vektorskega prostora". Osnove fizike 42, 454–473 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-011-9616-6

[37] Michael A Nielsen in Isaac Chuang. "Kvantno računanje in kvantne informacije". 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 in Robert W. Spekkens. "Zakaj začetne korelacije sistem-okolje ne pomenijo neuspeha popolne pozitivnosti: vzročna perspektiva". Phys. Rev. A 100, 022112 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022112

[39] Lucien Hardy. »Preoblikovanje in rekonstrukcija kvantne teorije« (2011). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​1104.2066.
arXiv: 1104.2066

[40] Berthold-Georg Englert. »Vidnost obrobja in informacije o smeri: neenakost«. 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 in Vlatko Vedral. "Ogrodje za fazo in interferenco v posplošenih verjetnostnih teorijah". New Journal of Physics 15, 093044 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​9/​093044

[42] David Schmid, John H Selby in Robert W Spekkens. »Obravnavanje nekaterih skupnih ugovorov glede posplošene nekontekstualnosti« (2023). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2302.07282.
arXiv: 2302.07282

[43] Matthew F. Pusey, Lídia del Rio in Bettina Meyer. »Kontekstualnost brez dostopa do tomografsko popolnega kompleta« (2019). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​1904.08699.
arXiv: 1904.08699

[44] Robert W. Spekkens. "Kvazi-kvantizacija: klasične statistične teorije z epistemično omejitvijo". Strani 83–135. Springer Nizozemska. Dordrecht (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-94-017-7303-4_4

[45] Stephen D Bartlett, Terry Rudolph in Robert W Spekkens. “Rekonstrukcija gaussove kvantne mehanike iz liouvillove mehanike z epistemično omejitvijo”. Phys. Rev. A 86, 012103 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.012103

[46] Robert W. Spekkens. »Ontološka identiteta empiričnih nerazločljivih: Leibnizovo metodološko načelo in njegov pomen v delu Einsteina« (2019). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​1909.04628.
arXiv: 1909.04628

[47] Robert W. Spekkens. »Negativnost in kontekstualnost sta enakovredna pojma neklasičnosti«. 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. »Nekontekstualnost kot pomen klasičnosti v kvantnem darvinizmu« (2021). arXiv:2104.05734.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030351
arXiv: 2104.05734

[49] Iman Marvian. »Nedostopne informacije v verjetnostnih modelih kvantnih sistemov, neenakosti nekontekstualnosti in pragovi šuma za kontekstualnost« (2020). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2003.05984.
arXiv: 2003.05984

[50] John H Selby, Elie Wolfe, David Schmid in Ana Belén Sainz. »Odprtokodni linearni program za testiranje neklasičnosti« (2022). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2204.11905.
arXiv: 2204.11905

[51] JS Bell. "O paradoksu Einstein Podolsky Rosen". Fizika 1, 195–200 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[52] Matthew F. Pusey. "Anomalno šibke vrednosti so dokazi kontekstualnosti". Phys. Rev. Lett. 113, 200401 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.200401

[53] Robert W. Spekkens, DH Buzacott, AJ Keehn, Ben Toner in GJ Pryde. “Kontekstualnost priprave omogoča multipleksiranje brez upoštevanja paritete”. Phys. Rev. Lett. 102, 010401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.010401

[54] Andre Chailloux, Iordanis Kerenidis, Srijita Kundu in Jamie Sikora. »Optimalne meje za kode za naključni dostop, ki ne upoštevajo paritete«. 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 in 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 in Marcin Pawłowski. »Stanje neodvisna kontekstualnost pospešuje enosmerno komunikacijo«. New J. Phys. 21, 093057 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab4149

[57] Robert Raussendorf. »Kontekstualnost v kvantnem računanju na podlagi meritev«. Phys. Rev. A 88, 022322 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.022322

[58] Matty J Hoban, Earl T Campbell, Klearchos Loukopoulos in Dan E Browne. "Neprilagodljivo kvantno računanje na podlagi meritev in večstranske Bellove neenakosti". New J. Phys. 13, 023014 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​2/​023014

[59] David Schmid, Haoxing Du, John H Selby in Matthew F Pusey. »Podteorija stabilizatorja ima edinstven nekontekstualni model« (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.120403

[60] David Schmid in Robert W Spekkens. "Kontekstualna prednost za državno diskriminacijo". Phys. Rev. X 8, 011015 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011015

[61] Matteo Lostaglio in Gabriel Senno. »Kontekstualna prednost za kloniranje, odvisno od stanja« (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-27-258

[62] Matteo Lostaglio. "Potrjevanje kvantnih podpisov v termodinamiki in meroslovju prek kontekstualnosti kvantnega linearnega odziva". Phys. Rev. Lett. 125, 230603 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.230603

[63] Farid Šahandeh. »Kontekstualnost splošnih verjetnostnih teorij in moč enega vira« (2019). arXiv:1911.11059.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010330
arXiv: 1911.11059

[64] J. Barrett et al. “Nelokalne korelacije kot informacijsko-teoretski vir”. Phys. Rev. A 71, 022101 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.022101

[65] Gilad Gour in Robert W Spekkens. “Teorija virov kvantnih referenčnih okvirov: manipulacije in monotoni”. New J. Phys. 10, 033023 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​10/​3/​033023

[66] Victor Veitch, SA Hamed Mousavian, Daniel Gottesman in Joseph Emerson. "Teorija virov kvantnega računanja stabilizatorja". New J. Phys. 16, 013009 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​1/​013009

[67] Bob Coecke, Tobias Fritz in Robert W Spekkens. “Matematična teorija virov”. Informacije. Comp. 250, 59–86 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.ic.2016.02.008

[68] Denis Rosset, Francesco Buscemi in Yeong-Cherng Liang. "Teorija virov kvantnih spominov in njihovo natančno preverjanje z minimalnimi predpostavkami". Phys. Rev. X 8, 021033 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021033

[69] Iman Marvian in Robert W Spekkens. “Teorija manipulacij čiste asimetrije stanja: I. osnovna orodja, ekvivalenčni razredi in transformacije ene kopije”. 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 in Robert W. Spekkens. "Razumevanje medsebojnega delovanja zapletenosti in nelokalnosti: motiviranje in razvoj nove veje teorije zapletenosti". Quantum 7, 1194 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-12-04-1194

[71] David Schmid, Denis Rosset in Francesco Buscemi. "Od tipa neodvisna teorija lokalnih operacij in skupna naključnost". Quantum 4, 262 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-262

Navedel

[1] Vinicius P. Rossi, David Schmid, John H. Selby in Ana Belén Sainz, »Kontekstualnost z izginjajočo koherenco in največjo robustnostjo defaziranja«, Fizični pregled A 108 3, 032213 (2023).

[2] Giuseppe Vitagliano in Costantino Budroni, »Leggett-Gargov makrorealizem in časovne korelacije«, Fizični pregled A 107 4, 040101 (2023).

[3] David Schmid, John H. Selby in Robert W. Spekkens, »Obravnava nekaterih pogostih ugovorov glede posplošene nekontekstualnosti«, arXiv: 2302.07282, (2023).

[4] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, Giovanni Scala, David Schmid in Robert W. Spekkens, »Vidiki fenomenologije interference, ki so resnično neklasični«, Fizični pregled A 108 2, 022207 (2023).

Zgornji citati so iz SAO / NASA ADS (zadnjič posodobljeno 2024-01-03 15:51:26). Seznam je morda nepopoln, saj vsi založniki ne dajejo ustreznih in popolnih podatkov o citiranju.

Pridobitve ni bilo mogoče Crossref citirani podatki med zadnjim poskusom 2024-01-03 15:51:22: Citiranih podatkov za 10.22331 / q-2024-01-03-1217 od Crossrefa ni bilo mogoče pridobiti. To je normalno, če je bil DOI registriran pred kratkim.

Časovni žig:

Več od Quantum Journal