[論文レビュー] Causality and Nonlocality as Axioms for Quantum Mechanics

Sandu Popescu, Daniel Rohrlich|ArXiv.org|Sep 11, 1997

Quantum Mechanics and Applications参考文献 2被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、量子力学が非局所性と相対論的因果性を調和する唯一の理論であるかどうかを検討するために、2つの後量子モデル—「超量子」相関と非局所的「ジャミング」—を導入する。非局所性と因果性の特定の定義を満たすものの、これらモデルは量子力学とは区別できる方法でノーサイニング原理に違反することを示しており、因果性と非局所性だけでは量子理論を一意に特徴づけられないことを示唆している。

ABSTRACT

Quantum mechanics permits nonlocality - both nonlocal correlations and nonlocal equations of motion - while respecting relativistic causality. Is quantum mechanics the unique theory that reconciles nonlocality and causality? We consider two models, going beyond quantum mechanics, of nonlocality: "superquantum" correlations, and nonlocal "jamming" of correlations. These models are consistent with some definitions of nonlocality and causality.

研究の動機と目的

• 非局所性と相対論的因果性を調和する理論として、量子力学が唯一の理論であるかどうかを特定すること。
• 量子力学を越えた代替理論が、非局所性と因果性の制約を満たすことができるかどうかを検討すること。
• 後量子非局所相関および非局所的「ジャミング」相関の物理的・操作的意味を分析すること。
• 因果性と非局所性が、量子力学の基本的公理として機能するかどうかを評価すること。

提案手法

• ノーサイニングを保持しつつ、量子非局所性を最大化する仮想の「超量子」相関モデルを導入する。
• 信号を発信せずに相関を破壊する非局所的「ジャミング」を、因果性との整合性をテストするメカニズムとして分析する。
• ノーサイニング条件を、後量子モデルが相対論的因果性と共存可能かどうかを評価する主要な制約条件として用いる。
• これらの仮想モデルと量子相関の構造を比較し、特徴的な相違点を同定する。
• 操作的および情報理論的推論を用いて、非局所モデルの物理的妥当性を評価する。
• 思考実験と相関関数の代数的解析を用いて、非局所性の境界を探る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信号を発信せずに非局所相関が存在可能であり、そのような相関が量子力学を一意に特徴づけるのか？
• RQ2 量子力学よりも強い非局所性を示す「超量子」相関を持つモデルは、相対論的因果性を尊重するのか？
• RQ3 非局所的「ジャミング」が、因果性を破壊せずに一貫した物理的メカニズムとして成立可能か？
• RQ4 非局所性と因果性の組み合わせは、量子力学を唯一の理論として導くのに十分か？
• RQ5 因果性と非局所性は、量子力学を越えた物理理論の構造にどのような制約を課すか？

主な発見

• 後量子的「超量子」相関は、ツィレルソンの限界を破るが、ノーサイニング原理を尊重するため、非局所性だけではそれらを除外できないことが示された。
• 測定選択が一つの場所で行われることで、遠く離れた場所のもつれが破壊される非局所的「ジャミング」は、情報が伝達されない限り因果性と整合的である。
• 本稿は、因果性と非局所性だけでは、量子力学を一意に特徴づけられないことを実証しており、古典的および後量子理論も同様にこれらの公理を満たす可能性がある。
• 量子力学が信号なしで非局所性を示せる唯一の理論ではないことが判明し、量子理論を回復するためには追加の原理が必要であることを示唆している。
• このようなモデルの存在は、非局所性と因果性が量子力学のための必要条件ではあるが十分条件ではないことを示している。
• 分析により、操作的非局所性と量子相関の構造との間に根本的なギャップが明らかとなり、さらなる公理の必要性が強調された。