[論文レビュー] A Modest View of Bell's Theorem

S. P. Boughn|arXiv (Cornell University)|Apr 28, 2016

Quantum Mechanics and Applications参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ベルの定理が量子力学における根本的な非局所性を必然的に要求するものではないと主張する。代わりに、もつれ状態における観測された相関は、超光速の影響を要しない標準的な量子重ね合わせから生じる。バウーンは、非局所性の認識が、ベル型の相関を遠隔作用の証拠と誤解することに起因し、それらがユニタリな時間発展と状態準備に根ざした量子もつれの本質的特徴であるとより適切に理解されるべきだと述べる。

ABSTRACT

In the 80 years since the seminal Einstein, Podolsky, and Rosen (EPR) paper, physicists and philosophers have mused about the `spooky action at a distance' aspect of quantum mechanics that so bothered Einstein. In his formal analysis of EPR-type entangled quantum states, Bell (1964) concluded that any hidden variable theory designed to reproduce the predictions of quantum mechanics must necessarily be nonlocal and allow superluminal interactions. This doesn't immediately imply that nonlocality is a characteristic feature of quantum mechanics let alone a fundamental property of nature; however, many physicists and philosophers of science do harbor this belief. Experts in the field often use the term `nonlocality' to designate particular non-classical aspects of quantum entanglement and do not confuse the term with superluminal interactions. However, many physicists seem to take the term more literally. I endeavor to disabuse the latter of this notion by emphasizing that the correlations of Bell-type entanglement are a result of ordinary quantum superposition with no need to introduce nonlocality. The conclusion of the EPR paper wasn't that quantum mechanics is nonlocal but rather that it is an incomplete description of reality. For different reasons, many physicists, including me, agree with Einstein that quantum mechanics is necessarily an incomplete description of reality.

研究の動機と目的

• ベルの定理が量子力学において根本的な非局所性、あるいは超光速信号伝送を必然的に示すという誤解を解き明かす。
• EPR型もつれ状態における相関が、非局所的相互作用ではなく量子重ね合わせの結果であることを主張する。
• 物理学者の間で広く信じられている、非局所性が量子理論の必要不可欠な特徴であるという考えを反駁する。
• アインシュタインがそれを最初に見たように、ベルの定理の役割を、量子力学の不完全性を暴露するものとして再解釈する。
• 非局所性を光速を超える信号伝達として literally 解釈することを避け、むしろより洗練された哲学的理解を提唱する。

提案手法

• EPRパラドックスと隠れ変数理論へのその影響を踏まえて、ベルの1964年の定理を分析する。
• 隠れ変数モデルにおける形式的な非局所性と、量子系の実際の物理的挙動を区別する。
• 量子重ね合わせそのものが、非局所的メカニズムを必要とせず観測された相関を完全に説明できることを強調する。
• アインシュタインが量子力学に反論した歴史的・哲学的文脈、特にEPR論文における不完全性の結論をレビューする。
• 論理的および概念的分析を用いて、ベル型の相関が超光速信号伝達や非局所的ダイナミクスを要しないことを示す。
• 基礎的量子力学に根拠を置いて、もつれの統計を説明するために非局所的相互作用は必要ないことを主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ベルの定理は、量子力学が非局所的でなければならないと論理的に示唆するのか？
• RQ2 もつれ量子系における相関は、本当に超光速の影響の証拠なのか？
• RQ3 形式的枠組みにそのような要請がないにもかかわらず、なぜ多くの物理学者がベルの定理を非局所性の証明と解釈するのか？
• RQ4 非局所性を導入せずに、EPRパラドックスを重ね合わせに依存して解決できるか？
• RQ5 量子基礎における「非局所性」の正しい解釈とは何か？それは超光速信号伝達とはどのように異なるのか？

主な発見

• ベルの定理は、量子力学が非局所的であることを証明するのではなく、いかなる局所的隠れ変数理論でも量子予測を再現できないことを示している。
• ベル型実験で観測される相関は、非局所的相互作用を必要とせず、量子重ね合わせともつれによって完全に説明可能である。
• 量子基礎における「非局所性」という用語は、通常、古典的でない相関を指すが、超光速通信とは混同すべきではなく、光速を超える通信を意味するものではない。
• アインシュタインのEPR論文における結論——量子力学は不完全である——は、依然として妥当であり、著者の分析によって支持されている。
• 量子力学に非局所的ダイナミクスや信号伝達が関与すると主張する理論的・実験的根拠はなく、形式的枠組みはユニタリかつ局所的な時間発展を保っている。
• 非局所性の認識は、数学的構造そのものではなく、解釈上の選択に起因する。