[論文レビュー] Consistent Quantum Measurements

Robert B. Griffiths|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2015

Quantum Mechanics and Applications参考文献 40被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、オコンとスダルスキーによる批判に対して、量子力学の整合的歴史（CH）解釈を擁護し、CHが複数の不一致なフレームワークを許容することで、測定結果から測定前の量子的性質を推定する『第二測定問題』を一意に解決できることを示している。CHは古典的原則の『一意性』（世界を一意に記述する記述が常に一つである）を放棄する。CHはシュテルン＝ゲルラッハ実験を正しく記述でき、GRW理論、ドブラン理論、多世界解釈と比較して、この点で優れている。

ABSTRACT

In response to recent criticisms by Okon and Sudarsky, various aspects of the consistent histories (CH) resolution of the quantum measurement problem(s) are discussed using a simple Stern-Gerlach device, and compared with the alternative approaches to the measurement problem provided by spontaneous localization (GRW), Bohmian mechanics, many worlds, and standard (textbook) quantum mechanics. Among these CH is unique in solving the second measurement problem: inferring from the measurement outcome a property of the measured system at a time before the measurement took place, as is done routinely by experimental physicists. The main respect in which CH differs from other quantum interpretations is in allowing multiple stochastic descriptions of a given measurement situation, from which one (or more) can be selected on the basis of its utility. This requires abandoning a principle (termed unicity), central to classical physics, that at any instant of time there is only a single correct description of the world.

研究の動機と目的

• オコンとスダルスキーによる量子力学の整合的歴史（CH）解釈に関する批判に応えること。
• CHが、測定結果から測定前の量子的性質を推定する『第二測定問題』を一意に解決できることを示すこと。
• CHが測定を基礎的とするのではなく、同じ量子法則に従う物理的過程として扱うため、測定を基礎としないことの明確化。
• 古典的原則の『一意性』（常に一つの正しい世界記述が存在する）を放棄することが、正しい量子理解のためには不可欠であると主張すること。
• CHのフレームワーク中心の手法が、GRW、ドブラン理論、多世界解釈といった代替解釈と比較して、測定問題をどのように解決するかの比較。

提案手法

• 現代的改良型シュテルン＝ゲルラッハ実験を、量子測定の具体的な例として分析する。
• 整合的歴史形式主義を用いて、歴史の族を用いて量子的性質と測定結果を記述する。
• 準古典的フレームワークを用いて、マクロなポインタ位置と測定前のスピン状態を記述する。
• フレームワーク選択を、一意性ではなく物理的関連性と有用性に基づき、唯一の正しい記述という考えを拒否する。
• CHのフレームワーク中心の手法を、標準的量子力学、GRW、ドブラン理論、多世界解釈と比較する。
• 測定結果と測定前の性質との間を一貫して結びつける方法として、CHのみが有効であると主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 整合的歴史解釈は、測定結果から測定前の量子的性質を推定する『第二測定問題』をどのように解決するか？
• RQ2 量子力学において、『一意性』（時間的に常に一つの正しい世界記述が存在する）を放棄することは、なぜ必要かつ正当化されるのか？
• RQ3 CHが複数の不一致なフレームワークを用いることは、GRW、ドブラン理論、多世界解釈の単一フレームワーク手法と比べて、どのように異なるか？
• RQ4 他の解釈が第一測定問題を解決しているにもかかわらず、なぜ第二測定問題を解決できないのか？
• RQ5 CHにおけるフレームワーク選択の役割は何か？物理的根拠に基づき、唯一の記述を仮定することではなく、どのように正当化されるのか？

主な発見

• 整合的歴史は、複数のフレームワークを許容することで、第二測定問題を一意に解決する。そのうちの一つのフレームワークは、測定前のスピン状態と測定後のポインタ結果の両方を記述できる。
• CHのアプローチは、測定前の微視的性質（例：スピン状態）と測定後のマクロな結果を含むフレームワークを正しく特定し、測定前の性質を推定可能にする。
• CHにおいては、『一意性』の放棄（常に一つの正しい記述が存在するという考え）が不可欠であり、これは天文学における地動説の放棄に類似しており、古典的思考からの根本的転換である。
• GRW理論や多世界解釈では、測定結果によって明らかにされた測定前の性質を特定するメカニズムを提供しない。
• ドブラン理論は妥当な答えを提供するが、必ずしも実験物理学者の期待に一致する結果を返すとは限らない。
• CHがフレームワーク選択によって失敗するという批判は誤りであり、フレームワーク選択は任意の選択ではなく、物理的関連性と有用性に基づいている。