[論文レビュー] Complementarity as corollary

R. M. Angelo, A. D. Ribeiro|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2013

Quantum Information and Cryptography参考文献 3被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、量子の補完性を一般化された情報に基づく解釈として提示する。波動と粒子の二重性を、量子系と「インフォーマ」と呼ばれる測定装置または環境との相関として定式化することで、デコherence理論と作業および情報の操作的定義を用いて、遅延選択実験の因果的でトレードオフに基づく説明を確立する。これにより、非局所的資源と情報の流れの観点から、双対的行動を統一的な枠組みで説明する。

ABSTRACT

Recently, Bohr's complementarity principle was assessed in setups involving delayed choices. These works argued in favor of a reformulation of the aforementioned principle so as to account for situations in which a quantum system would simultaneously behave as wave and particle. Here we defend a framework that, supported by well-known experimental results and consistent with the decoherence paradigm, allows us to interpret complementarity in terms of correlations between the system and an {\em informer}. Our proposal offers formal definition and operational interpretation for the dual behavior in terms of both nonlocal resources and the couple work-information. Most importantly, our results provide a generalized information-based trade-off for the wave-particle duality and a causal interpretation for delayed-choice experiments.

研究の動機と目的

• 従来の波動と粒子の二重性を超えて補完性を再定義することで、遅延選択量子実験における解釈的緊張を解消すること。
• インフォーマ系との相関に基づいた、波動と粒子の二重性の形式的かつ操作的枠組みを提供すること。
• 量子測定における作業と情報の概念を統一し、補完性を情報理論的用語で根拠づけること。
• 量子基礎における因果構造と非局所的資源を用いて、二重性トレードオフを一般化すること。
• 因果的解釈を提供することで、デコherence理論と整合性を保ちつつ、遅延選択設定を解釈すること。

提案手法

• 量子系と外部のインフォーマとの間の相関を通じて補完性を形式化し、これを量子指標または環境としてモデル化する。
• デコherenceの枠組みを適用して、系とインフォーマのもつれが有効な波動的または粒子的行動を生じることを記述する。
• 相互情報量と量子フィッシャー情報量を用いて、波動的行動と粒子的行動の間の一般化された情報に基づくトレードオフを定義する。
• 補完的性質を区別するためのエネルギー的コストを定量化するため、作業と情報の二重性を導入する。
• 因果モデルを用いて、インフォーマを因果的要因とみなすことにより、遅延選択設定を、因果的遡及的相関を示すが、因果的遡及を伴わない形で解釈する。
• 情報理論的ツールを用いて、エンゲルトの波動と粒子の二重性測度を一般化する形式的な二重性関係を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 補完性を、系の内在的性質ではなく、量子系とインフォーマとの相関として再解釈することは可能か？
• RQ2 情報と作業が、量子系における波動的行動と粒子的行動を区別する上で果たす操作的役割は何か？
• RQ3 提案された枠組みは、因果を破らないまま、遅延選択実験における見かけの因果的遡及をどのように説明するか？
• RQ4 既知の二重性不等式を一般化する統一的で情報に基づくトレードオフ関係を導出可能か？
• RQ5 デコherenceの枠組みは、補完性の相関に基づく解釈をどのように支持するか？

主な発見

• 本稿は、既知の不等式を一般化する形式的で情報理論的二重性トレードオフを確立し、波動的行動と粒子的行動の間の関係を明確にした。
• 系の波動的または粒子的行動が、内在的重ね合わせの単独によるものではなく、インフォーマとの相関から生じることを示した。
• インフォーマを動的で文脈依存的な観測者とみなすことにより、遅延選択実験に対して因果的説明を提供する枠組みを構築した。
• 作業と情報の二重性が、補完的性質を測定するためのエネルギー的コストを規定していることが示され、熱力学と量子基礎の間の関連を示した。
• モデルはデコherence理論と整合しており、干渉の抑制が、系とインフォーマのもつれによる情報の獲得の結果であることを説明した。
• 測定時に確立された相関を解釈することにより、因果的遡及を回避するアプローチを採った。