[論文レビュー] A Consistent Quantum Ontology

Robert B. Griffiths|PhilSci-Archive (University of Pittsburgh)|May 19, 2011

Quantum Mechanics and Applications参考文献 47被引用数 13

ひとこと要約

本稿は、ヒルベルト空間に根ざした単一フレームワーク論理に基づき、測定による崩壊を伴わない量子性質の記述を可能にする、一貫した量子的実在論を提案する。測定問題は、時間発展を本質的に確率的であるとみなすことによって解決され、事前測定の性質と局所実在論が保証される。これにより、量子情報理論の基礎が築かれ、古典的情報概念が量子的文脈に適用可能になる。

ABSTRACT

The (consistent or decoherent) histories interpretation provides a consistent realistic ontology for quantum mechanics, based on two main ideas. First, a logic (system of reasoning) is employed which is compatible with the Hilbert-space structure of quantum mechanics as understood by von Neumann: quantum properties and their negations correspond to subspaces and their orthogonal complements. It employs a special (single framework) syntactical rule to construct meaningful quantum expressions, quite different from the quantum logic of Birkhoff and von Neumann. Second, quantum time development is treated as an inherently stochastic process under all circumstances, not just when measurements take place. The time-dependent Schrödinger equation provides probabilities, not a deterministic time development of the world. The resulting interpretive framework has no measurement problem and can be used to analyze in quantum terms what is going on before, after, and during physical preparation and measurement processes. In particular, appropriate measurements can reveal quantum properties possessed by the measured system before the measurement took place. There are no mysterious superluminal influences: quantum systems satisfy an appropriate form of Einstein locality. This ontology provides a satisfactory foundation for quantum information theory, since it supplies definite answers as to what the information is about. The formalism of classical (Shannon) information theory applies without change in suitable quantum contexts, and this suggests the way in which quantum information theory extends beyond its classical counterpart.

研究の動機と目的

• 教科書的な崩壊仮説に代わる確率的で時間発展する枠組みを導入することで、量子力学における基礎的測定問題を解消すること。
• 非局所性、波動関数の崩壊、観測者依存性を回避する現実的で一貫した量子力学の実在論を提供すること。
• 単一の一貫した量子論理フレームワークを用いて、事前測定の性質と巨視的結果を記述できること。
• 適切なフレームワークが用いられる場合、シャノン情報が直接適用可能であることを示すことにより、古典的情報理論を量子的文脈に拡張すること。
• 「多数の心」や非局所性といった解釈的混乱から脱却し、意識や認識論を量子的言語で真剰に研究できる枠組みを提供すること。

提案手法

• ボルヒォフとフォン・ノイマンの量子論理を避けるために、単一フレームワーク構文を用いて意味のある量子式を構築する。
• チェーン作用素と一貫性条件を用いて、時間順序付きの量子性質の系列に確率を割り当てる、一貫した履歴形式を適用する。
• 時間に依存するシュレーディンガー方程式を、決定論的発展ではなく確率の源とみなすことにより、あらゆる条件下で確率的時間発展を保証する。
• 直交部分空間とその補空間を用いて、性質とその否定を表現し、フォン・ノイマンのヒルベルト空間構造と整合させる。
• 事前および事後測定プロセスにこのフレームワークを適用し、測定された系が測定の前から明確な性質を持つことを示す。
• 熱力学的不可逆性と認識論的問題が、測定仮説に依存せず、一貫してフレームワーク内ですべて処理可能であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 波動関数の崩壊を想起させないで、測定の前後および測定中における物理的過程をどのように量子力学で記述できるか。
• RQ2 非局所性や超光速影響を回避する一貫した量子的実在論を構築できるか。
• RQ3 一貫した履歴のアプローチが、どのように古典的情報理論を量子的文脈に応用可能にするか。
• RQ4 一貫した履歴解釈における時間の役割は何か。また、時間の優先的進行方向を導入するか。
• RQ5 記憶や意識といった認識論的問題が、一貫した量子フレームワーク内で意味的に議論可能か。

主な発見

• 一貫した履歴解釈は、時間発展を根本的に確率的であるとみなすことにより、測定問題を完全かつ一貫し、現実的な量子的実在論として解決する。
• 量子系は測定の前から明確な性質を持つ。適切な測定により、それらは後退因果性や非局所性を伴わずに、事前に存在する性質として明らかにできる。
• 一貫したフレームワークを用いることで、アインシュタインの局所性が満たされ、エンタングルド系ですら超光速影響が排除される。
• 測定仮説に依存せず、熱力学的不可逆性を量子的言語で一貫して分析可能である。なぜなら、このフレームワークは根本レベルで時間の矢を導入しないからである。
• 適切な準古典的フレームワークが用いられる場合、古典的情報理論が量子的文脈に直接適用可能であり、量子系内の情報含量について意味的な議論が可能になる。
• 波動関数の崩壊や観測者依存性が存在しないため、意識や知識を量子的言語で合理的に研究するための枠組みが得られ、解釈的混乱から解放される。