[論文レビュー] A nonlocal ontology underlying the time-symmetric Heisenberg representation

Yakir Aharonov, Tomer Landsberger+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2015

Quantum Mechanics and Applications参考文献 22被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、ハイゼンベルク表現に基づく時間対称的で非局所的かつ決定論的な量子力学の実在論を提案する。物理的性質は波動関数ではなく決定論的演算子によって表現される。干渉と遅延選択的挙動は、波動的崩壊ではなく、非局所的モジュラル運動量ダイナミクスに起因し、事前および事後選択された系に対する弱測定により、内在的で非局所的な性質が明らかになる。これは標準的な波動関数に基づく視点よりも深い実在論的基盤を提供する。

ABSTRACT

We maintain that the wavefunction is an ensemble property rather than an individual particle property. For individual particles, we propose an ontology underwritten by the Heisenberg representation. It consists of properties represented by deterministic operators, which may have nonlocal dynamics. Relying on nonlocal dynamics, we show how interference phenomena can be understood without having to conceive of the quantum state as wave-like. Nonlocal information is provided by a modular momentum operator. By augmenting the individual particle ontology with a final state and employing weak measurements, we show how both interference and which-path can be deduced for the same system. This situation is most intuitively understood through a time-symmetric Heisenberg representation. Indeed, we contend that a time-symmetric operator-based ontology captures the essence of quantum mechanics, particularly its nonlocal nature, better than any wavefunction-based ontology.

研究の動機と目的

• 量子力学の基礎において、シュレーディンガー表現と波動関数実在論の優位性に挑戦すること。
• ハイゼンベルク表現に基づく非局所的で決定論的かつ時間対称的な実在論を確立すること。
• 事前および事後選択された系に対する弱測定を通じて、干渉と道情報が共存できることを示すこと。
• 干渉の背後にあるのは波動的挙動ではなく、非局所的ユニタリ時間発展に起因する動的非局所性であることを示すこと。
• 波動関数は個々の系の性質ではなく、集合統計的記述であると主張し、内在的物理的性質を表すのは決定論的演算子に限ること。

提案手法

• 初期状態の準備と最終状態の後選択を両方で定義する時間対称的ハイゼンベルク表現を提案する。
• 測定による干渉がなく、予測可能な結果を示す決定論的演算子を導入し、個々の粒子の内在的物理的性質を表す。
• 干渉を波の位相伝播なしに支配する主要な非局所的力学的量としてモジュラル運動量演算子を導入する。
• 弱測定を用いて弱値を抽出し、事前および事後選択された状態下で、一貫した非局所的性質を個々の系が持つことを明らかにする。
• ハイゼンベルク図式におけるユニタリ時間発展を用いて、非局所的ダイナミクス（運動的エンタングルメントとは異なる）が確率分布に直接影響することを示す。
• 時間対称的枠組みにおいて二重スリット実験を分析し、干渉が波の重ね合わせではなく、非局所的モジュラル運動量の交換に起因することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 波動関数に依存せずに、非局所的で決定論的な個々の量子系の実在論を構築できるか？
• RQ2 波動的挙動や状態の崩壊を仮定せずに、干渉現象をどのように説明できるか？
• RQ3 ハイゼンベルク表現において、最終状態が個々の量子系の内在的性質を決定する役割を果たすか？
• RQ4 非局所的ユニタリ時間発展に起因する動的非局所性は、エンタングルメントに起因する運動的非局所性とどのように異なるか？
• RQ5 事前および事後選択された系に対する弱測定は、同一の系について干渉と経路情報の両方を一貫して明らかにできるか？

主な発見

• 波動関数は個々の系の性質ではなく、集合統計的記述に過ぎず、内在的物理的性質は決定論的演算子によってのみ定義される。
• 二重スリット実験における干渉は、波動的重ね合わせではなく、ユニタリ時間発展下での非局所的モジュラル運動量の交換に起因する。
• 事前および事後選択された系に対する弱測定により、干渉と経路情報の両方が一貫して得られ、波粒二重性のパラドックスが解消される。
• モジュラル運動量演算子は、干渉を支配する動的非局所的演算子であり、確率分布に観測可能な影響を与える。
• 時間対称的ハイゼンベルク表現は、決定論的で非局所的かつ実在論的に整合性のある枠組みを提供し、標準的な波動関数に基づく実在論を凌駕する量子力学の本質をよりよく捉えている。
• 運動的エンタングルメントとは異なる、ユニタリ時間発展に起因する動的非局所性は、確率分布に影響を与え、物理的に観測可能で測定可能である。