Kuantum mekaniğinde ölçüm bozukluğu ve korunum yasaları

Kuantum mekaniğinde ölçüm bozukluğu ve korunum yasaları

Kaynak Düğüm: 2702190

M. Hamed Muhammed1,2, Takayuki Miyadera3ve Leon Loveridge4

1QuIC, École Polytechnique de Bruxelles, CP 165/59, Université Libre de Bruxelles, 1050 Brüksel, Belçika
2RCQI, Fizik Enstitüsü, Slovak Bilimler Akademisi, Dúbravská cesta 9, Bratislava 84511, Slovakya
3Nükleer Mühendislik Bölümü, Kyoto Üniversitesi, Nishikyo-ku, Kyoto 615-8540, Japonya
4Kuantum Teknolojisi Grubu, Bilim ve Endüstri Sistemleri Bölümü, Güneydoğu Norveç Üniversitesi, 3616 Kongsberg, Norveç

Bu makaleyi ilginç mi buldunuz yoksa tartışmak mı istiyorsunuz? SciRate'e çığlık at veya yorum bırak.

Özet

Korunum kanunları varlığında ölçüm hatası ve bozulma genel operasyonel açıdan analiz edilir. Uyumsuzluk, keskinlik kaybı ve tutarlılık arasındaki ilginç etkileşimi vurgulayarak, doğru veya rahatsız edici olmayan ölçümlerin elde edilebileceği gerekli koşulları gösteren yeni niceliksel sınırlar sağlıyoruz. Buradan Wigner-Araki-Yanase (WAY) teoreminin önemli bir genellemesini elde ediyoruz. Bulgularımız, bazı ekstra yapıları ilk kez burada tanımlanan ölçüm kanalının sabit nokta setinin analizi yoluyla daha da geliştirildi.

Kuantum ölçümü, araştırılan sistem ile ölçüm cihazı arasındaki etkileşimden kaynaklanan fiziksel bir süreçtir. Kuantum ölçüm teorisinin resmi çerçevesi herhangi bir ölçümün gerçekleştirilmesine izin verirken, etkileşim bir korunum yasasıyla sınırlanıyorsa bazı ölçümler göz ardı edilebilir.

Enerji, yük veya açısal momentum gibi toplamsal olarak korunan niceliklerin varlığında, bazı gözlemlenebilirlerin hem doğru hem de rahatsız edici olmayan ölçümleri üzerinde kısıtlamalar vardır. Bu konudaki klasik bir sonuç, geçmişi 50$s/$60$s'ye kadar uzanan Wigner-Araki-Yanase (WAY) teoremidir ve ölçüm etkileşimi üniter olduğunda o zaman tek keskin gözlemlenebilirlerin (kendi kendine karşılık gelen) olduğunu belirtir. Doğru veya rahatsız edici olmayan ölçümleri kabul eden ek operatörler, korunan miktarla değişen operatörlerdir.

Bu yazıda, POVM'ler (pozitif operatör değerli ölçümler) tarafından temsil edilen gözlemlenebilirler ve kuantum kanalları tarafından temsil edilen ölçüm etkileşimleri için doğru veya rahatsız edici olmayan ölçümler (korunum yasalarının varlığında) sorununu ele alarak WAY teoremini genelleştiriyoruz. Korunan miktarla değişmeyen gözlemlenebilirler için doğru veya rahatsız edici olmayan ölçümler elde etmek için, gözlenebilirlerin keskin olamayacağını ve ölçüm aparatının, korunan miktarda büyük bir tutarlılığa sahip bir durumda hazırlanması gerektiğini bulduk. Orijinal WAY teoreminin ruhuna uygun olarak, hem bireysel kuantum nesnelerinin hassas ölçümünü ve manipülasyonunu yasaklayan bir geçilmez sonuç hem de iyi ölçümlerin elde edilebileceği koşulları tanımlayan pozitif bir karşılık buluyoruz.

► BibTeX verileri

► Referanslar

[1] P. Busch, G. Cassinelli ve PJ Lahti, Bulundu. Fizik. 20, 757 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01889690

[2] M. Ozawa, Phys. Rev. A 67, 042105 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.042105

[3] P. Busch, Kuantum Gerçekliği, Göreceli kitabında. Nedensellik, Kapanış Epistemik Döngüsü. (Springer, Dordrecht, 2009) s. 229–256.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4020-9107-0_13

[4] T. Heinosaari ve MM Wolf, J. Math. Fizik. 51, 092201 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.3480658

[5] M. Tsang ve CM Caves, Phys. Rahip Lett. 105, 123601 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.123601

[6] M. Tsang ve CM Caves, Phys. Rev. X 2, 1 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.2.031016

[7] LA Rozema, A. Darabi, DH Mahler, A. Hayat, Y. Soudagar ve AM Steinberg, Phys. Rahip Lett. 109, 100404 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.100404

[8] JP Groen, D. Ristè, L. Tornberg, J. Cramer, PC de Groot, T. Picot, G. Johansson ve L. DiCarlo, Phys. Rahip Lett. 111, 090506 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.090506

[9] M. Hatridge, S. Shankar, M. Mirrahimi, F. Schackert, K. Geerlings, T. Brecht, KM Sliwa, B. Abdo, L. Frunzio, SM Girvin, RJ Schoelkopf ve MH Devoret, Science (80-. ). 339, 178 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1226897

[10] P. Busch, P. Lahti ve RF Werner, Phys. Rahip Lett. 111, 160405 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.160405

[11] P. Busch, P. Lahti ve RF Werner, Rev. Mod. Fizik. 86, 1261 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1261

[12] F. Kaneda, S.-Y. Baek, M. Ozawa ve K. Edamatsu, Phys. Rahip Lett. 112, 020402 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.020402

[13] MS Blok, C. Bonato, ML Markham, DJ Twitchen, VV Dobrovitski ve R. Hanson, Nat. Fizik. 10, 189 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2881

[14] T. Shitara, Y. Kuramochi ve M. Ueda, Phys. Rev. A 93, 032134 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.032134

[15] CB Møller, RA Thomas, G. Vasilakis, E. Zeuthen, Y. Tsaturyan, M. Balabas, K. Jensen, A. Schliesser, K. Hammerer ve ES Polzik, Nature 547, 191 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature22980

[16] I. Hamamura ve T. Miyadera, J. Math. Fizik. 60, 082103 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5109446

[17] C. Carmeli, T. Heinosaari, T. Miyadera ve A. Toigo, Bulundu. Fizik. 49, 492 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-019-00255-1

[18] K.-D. Wu, E. Bäumer, J.-F. Tang, KV Hovhannisyan, M. Perarnau-Llobet, G.-Y. Xiang, C.-F. Li ve G.-C. Guo, Fiz. Rahip Lett. 125, 210401 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.125.210401

[19] GM D'Ariano, P. Perinotti ve A. Tosini, Quantum 4, 363 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-11-16-363

[20] AC Ipsen, Bulundu. Fizik. 52, 20 (2022).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1007 / s10701-021-00534-w

[21] T. Heinosaari, T. Miyadera ve M. Ziman, J. Phys. Bir Matematik. Teori. 49, 123001 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​49/​12/​123001

[22] O. Gühne, E. Haapasalo, T. Kraft, J.-P. Pellonpää ve R. Uola, Rev. Mod. Fizik. 95, 011003 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.95.011003

[23] EP Wigner, Zeitschrift für Phys. Bir Hadron. Çekirdek 133, 101 (1952).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01948686

[24] P. Busch, (2010), arXiv:1012.4372.
arXiv: 1012.4372

[25] H. Araki ve MM Yanase, Phys. Rev. 120, 622 (1960).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.120.622

[26] L. Loveridge ve P. Busch, Eur. Fizik. J.D 62, 297 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjd / e2011-10714-3

[27] T. Miyadera ve H. Imai, Phys. Rev. A 74, 024101 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.74.024101

[28] G. Kimura, B. Meister ve M. Ozawa, Phys. Rev. A 78, 032106 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.032106

[29] P. Busch ve L. Loveridge, Phys. Rahip Lett. 106, 110406 ​​(2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.110406

[30] P. Busch ve LD Loveridge, Symmetries Groups Contemp. Fizik. (WORLD SCIENTIFIC, 2013) s. 587–592.
https: / / doi.org/ 10.1142 / 9789814518550_0083

[31] A. Łuczak, Açık Sistem. Enf. Din. 23, 1 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S123016121650013X

[32] M. Tukiainen, Phys. Rev. A 95, 012127 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.012127

[33] H. Tajima ve H. Nagaoka, (2019), arXiv:1909.02904.
arXiv: 1909.02904

[34] S. Sołtan, M. Frączak, W. Belzig ve A. Bednorz, Phys. Rev. Res. 3, 013247 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.013247

[35] M. Ozawa, Phys. Rahip Lett. 89, 3 (2002a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.89.057902

[36] T. Karasawa ve M. Ozawa, Phys. Rev. A 75, 032324 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032324

[37] T. Karasawa, J. Gea-Banacloche ve M. Ozawa, J. Phys. Bir Matematik. Teori. 42, 225303 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​42/​22/​225303

[38] M. Ahmadi, D. Jennings ve T. Rudolph, New J. Phys. 15, 013057 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​1/​013057

[39] J. Åberg, Phys. Rahip Lett. 113, 150402 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.150402

[40] H. Tajima, N. Shiraishi ve K. Saito, Phys. Rev. Res. 2, 043374 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043374

[41] L. Loveridge, T. Miyadera ve P. Busch, Bulundu. Fizik. 48, 135 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-018-0138-3

[42] L. Loveridge, J. Phys. Konf. Ser. 1638, 012009 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-6596/​1638/​1/​012009

[43] N. Gisin ve E. Zambrini Cruzeiro, Ann. Fizik. 530, 1700388 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1002 / andp.201700388

[44] M. Navascués ve S. Popescu, Phys. Rahip Lett. 112, 140502 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.140502

[45] MH Mohammady ve J. Anders, New J. Phys. 19, 113026 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aa8ba1

[46] MH Mohammady ve A. Romito, Quantum 3, 175 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-08-19-175

[47] G. Chiribella, Y. Yang ve R. Renner, Phys. Rev. X 11, 021014 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.021014

[48] MH Mohammady, Phys. Rev. A 104, 062202 (2021a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.062202

[49] P. Busch, P. Lahti, J.-P. Pellonpää ve K. Ylinen, Kuantum Ölçümü, Teorik ve Matematiksel Fizik (Springer International Publishing, Cham, 2016).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-43389-9

[50] P. Busch, M. Grabowski ve PJ Lahti, Operasyonel Kuantum Fiziği, Fizik Monograflarında Ders Notları, Cilt. 31 (Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 1995).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-49239-9

[51] P. Busch, PJ Lahti ve Peter Mittelstaedt, Kuantum Ölçüm Teorisi, Fizik Monograflarında Ders Notları, Cilt. 2 (Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 1996).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-37205-9

[52] T. Heinosaari ve M. Ziman, Kuantum Teorisinin Matematiksel Dili (Cambridge University Press, Cambridge, 2011).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139031103

[53] B. Janssens, Lett. Matematik. Fizik. 107, 1557 (2017).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1007 / s11005-017-0953-z

[54] O. Bratteli ve DW Robinson, Operatör Cebirleri ve Kuantum İstatistik Mekaniği 1 (Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 1987).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-02520-8

[55] O. Bratteli, PET Jorgensen, A. Kishimoto ve RF Werner, J. Oper. Teori 43, 97 (2000).
https: / / www.jstor.org/ kararlı / 24715231

[56] EB Davies ve JT Lewis, İletişim. Matematik. fizik 17, 239 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01647093

[57] M. Ozawa, Phys. Rev. A 62, 062101 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.62.062101

[58] M. Ozawa, Phys. Rev. A 63, 032109 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.032109

[59] J.-P. Pellonpää, J. Phys. Bir Matematik. Teori. 46, 025302 (2013a).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​46/​2/​025302

[60] J.-P. Pellonpää, J. Phys. Bir Matematik. Teori. 46, 025303 (2013b).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​46/​2/​025303

[61] G. Lüders, Ann. Fizik. 518, 663 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1002 / andp.20065180904

[62] M. Ozawa, J. Math. Phys. 25, 79 (1984) 'te tarif edilmiştir.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.526000

[63] P. Busch ve J. Singh, Phys. Lett. A 249, 10 (1998).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0375-9601(98)00704-X

[64] P. Busch, M. Grabowski ve PJ Lahti, Bulundu. Fizik. 25, 1239 (1995b).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02055331

[65] PJ Lahti, P. Busch ve P. Mittelstaedt, J. Math. Fizik. 32, 2770 (1991).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.529504

[66] MM Yanase, Phys. Rev. 123, 666 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.123.666

[67] M. Ozawa, Phys. Rahip Lett. 88, 050402 (2002b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.88.050402

[68] I. Marvian ve RW Spekkens, Nat. Komün. 5, 3821 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms4821

[69] C. Cı̂rstoiu, K. Korzekwa ve D. Jennings, Phys. Rev. X 10, 041035 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.041035

[70] D. Petz ve C. Ghinea, Quantum Probab. İlgili. Tepe. (World Scientific, Singapur, 2011) s. 261–281.
https: / / doi.org/ 10.1142 / 9789814338745_0015

[71] A. Streltsov, G. Adesso ve MB Plenio, Rev. Mod. Phys. 89, 041003 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.89.041003

[72] R. Takagi, Sci. Temsilci 9, 14562 (2019).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-019-50279-w

[73] I. Marvian, Phys. Rahip Lett. 129, 190502 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.190502

[74] G. Tóth ve D. Petz, Phys. Rev. A 87, 032324 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032324

[75] S. Yu, (2013), arXiv:1302.5311.
arXiv: 1302.5311

[76] L. Weihua ve W. Junde, J. Phys. Bir Matematik. Teori. 43, 395206 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​43/​39/​395206

[77] B. Prunaru, J. Phys. Bir Matematik. Teori. 44, 185203 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​44/​18/​185203

[78] A. Arias, A. Gheondea ve S. Gudder, J. Math. Fizik. 43, 5872 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1519669

[79] L. Weihua ve W. Junde, J. Math. Fizik. 50, 103531 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.3253574

[80] GM D'Ariano, P. Perinotti ve M. Sedlák, J. Math. Fizik. 52, 082202 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.3610676

[81] MH Mohammady, Phys. Rev. A 103, 042214 (2021b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.042214

[82] V. Pata, Sabit Nokta Teoremleri ve Uygulamaları, UNITEXT, Cilt. 116 (Springer International Publishing, Cham, 2019).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-19670-7

[83] G. Pisier, Operatör Uzayı Teorisine Giriş (Cambridge University Press, 2003).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781107360235

[84] Y. Kuramochi ve H. Tajima, (2022), arXiv:2208.13494.
arXiv: 2208.13494

[85] RV Kadison, Ann. Matematik. 56, 494 (1952).
https: / / doi.org/ 10.2307 / 1969657

[86] M.-D. Choi, Illinois J. Math. 18, 565 (1974).
https: / / doi.org/ 10.1215 / ijm / 1256051007

[87] WF Stinespring, Proc. Am. Matematik. Soc. 6, 211 (1955) 'te tarif edilmiştir.
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2032342

[88] T. Miyadera ve H. Imai, Phys. Rev. A 78, 052119 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.052119

[89] T. Miyadera, L. Loveridge ve P. Busch, J. Phys. Bir Matematik. Teori. 49, 185301 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​49/​18/​185301

[90] K. Kraus, Durumlar, Etkiler ve İşlemler Kuantum Teorisinin Temel Kavramları, düzenleyen: K. Kraus, A. Böhm, JD Dollard ve WH Wootters, Lecture Notes in Physics, Cilt. 190 (Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 1983).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-12732-1

[91] P. Lahti, Uluslararası J. Teori. Fizik. 42, 893 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1025406103210

[92] J.-P. Pellonpää, J. Phys. Bir Matematik. Teori. 47, 052002 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​47/​5/​052002

[93] S. Luo ve Q. Zhang, Theor. Matematik. Fizik. 151, 529 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11232-007-0039-7

[94] GM D'Ariano, PL Presti ve P. Perinotti, J. Phys. A. Matematik. Gen. 38, 5979 (2005).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​38/​26/​010

[95] CA Fuchs ve CM Caves, Açık Sistem. Enf. Din. 3, 345 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02228997

[96] H. Barnum, CM Caves, CA Fuchs, R. Jozsa ve B. Schumacher, Phys. Rahip Lett. 76, 2818 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.76.2818

Alıntılama

[1] Yui Kuramochi ve Hiroyasu Tajima, “Sürekli ve sınırsız korunan gözlenebilirler için Wigner-Araki-Yanase teoremi”, arXiv: 2208.13494, (2022).

[2] M. Hamed Mohammady ve Takayuki Miyadera, “Termodinamiğin üçüncü yasasıyla kısıtlanan kuantum ölçümleri”, arXiv: 2209.06024, (2022).

[3] M. Hamed Mohammady, “Termodinamik olarak serbest kuantum ölçümleri”, arXiv: 2205.10847, (2022).

[4] Lauritz van Luijk, Reinhard F. Werner ve Henrik Wilming, "Kovariant kataliz korelasyon gerektirir ve iyi kuantum referans çerçeveleri çok az bozulur", arXiv: 2301.09877, (2023).

[5] M. Hamed Mohammady, “Termodinamik olarak serbest kuantum ölçümleri”, Fizik Dergisi Matematik Genel 55 50, 505304 (2022).

[6] M. Hamed Mohammady ve Takayuki Miyadera, “Termodinamiğin üçüncü yasasıyla kısıtlanan kuantum ölçümleri”, Fiziksel İnceleme A 107 2, 022406 (2023).

Yukarıdaki alıntılar SAO / NASA REKLAMLARI (son başarıyla 2023-06-05 13:40:12) güncellendi. Tüm yayıncılar uygun ve eksiksiz alıntı verisi sağlamadığından liste eksik olabilir.

Getirilemedi Alıntılanan veriler son girişim sırasında 2023-06-05 13:40:10: Crossref'ten 10.22331 / q-2023-06-05-1033 için belirtilen veriler getirilemedi. DOI yakın zamanda kaydedildiyse bu normaldir.

Zaman Damgası:

Den fazla Kuantum Günlüğü