[論文レビュー] Disentangling Nonlocality and Teleportation

Lucién Hardy|ArXiv.org|Jun 29, 1999

Quantum Mechanics and Applications参考文献 1被引用数 38

ひとこと要約

この論文は、no-cloning定理を満たし、非局所性を必要とせずに量子状態のテレポーテーションを可能にする、局所的で非量子の玩具理論を構築する。局所的測定と古典的通信によってテレポーテーションが可能であることを示すことで、テレポーテーションが非局所性に本質的に依存しているという仮定に反する。

ABSTRACT

Quantum entanglement can be used to demonstrate nonlocality and to teleport a quantum state from one place to another. The fact that entanglement can be used to do both these things has led people to believe that teleportation is a nonlocal effect. In this paper it is shown that teleportation is conceptually independent of nonlocality. This is done by constructing a toy local theory in which cloning is not possible (without a no-cloning theory teleportation makes limited sense) but teleportation is. Teleportation in this local theory is achieved in an analogous way to the way it is done with quantum theory. This work provides some insight into what type of process teleportation is.

研究の動機と目的

• 量子テレポーテーションが本質的に非局所的であるという広く受け入れられている仮定に反し、それが一貫した物理理論において局所的である可能性を示す。
• 明示的に局所的であり、no-cloning定理を満たし、テレポーテーションを可能にする玩具物理理論を構築する。
• 非局所性とテレポーテーションの概念を分離し、それらが論理的・物理的に同等でないことを示す。
• テレポーテーションの背後にある本質的な物理的メカニズムを、量子非局所性とは独立して明らかにすること。

提案手法

• 粒子1つあたり4つの状態をとる離散的・有限状態系を仮定し、$4^N$ の大きさの古典的状態空間を形成する。
• 状態の互いに排他的かつ全被である集合に基づいて確率的結果を示す測定装置を定義し、測定後の状態が結果集合のランダムな要素に崩壊するようにする。
• エンタングルドペアを用いて2つの粒子間の相対的状態情報を抽出するベルに類似した測定プロトコルを導入する。
• アリスが入力状態とエンタングルドペアの片方を同時に測定し、その結果を古典的にボブに通信するテレポーテーションプロトコルを実装する。
• ボブは古典的情報に基づいてユニタリ操作を適用し、元の状態を自分の粒子に再構築する。
• 測定による状態の撹乱と確率的結果のおかげで、状態の決定的複製が不可能であるため、no-cloning定理が理論で尊重されることを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非局所的状態を許可しない局所的物理理論において、テレポーテーションを達成できるか？
• RQ2 非局所性はテレポーテーションのための必要条件か、それとも局所的枠組みでもテレポーテーションが可能か？
• RQ3 テレポーテーションに本質的な物理的メカニズムは何であり、非局所的相関とはどのように異なるか？
• RQ4 no-cloning定理を満たす局所的理論が、古典的通信と測定を用いて忠実な状態転送を可能にするか？
• RQ5 非局所的相関（例：ベル不等式の破れ）が存在する場合、テレポーテーションが非局所的であると必然的に言えるか？

主な発見

• no-cloning定理を満たし、古典的通信と測定を用いて未知状態のテレポーテーションを可能にする、局所的玩具理論が成功裏に構築された。
• 玩具モデルにおけるテレポーテーションプロトコルは、構造的に完全に量子テレポーテーションを模倣している：ベル測定、結果の古典的通信、受信者のユニタリ補正。
• 理論は、プロセスが完全に局所的かつその操作が決定的であるため、非局所性がテレポーテーションの前提条件でないことを示している。
• テレポーテーションを可能にする鍵となるメカニズムは、エンタングルドプローブを用いた微視的状態のプローブ能力であり、それを通じて状態を複製せずに完全に情報抽出できる点にある。
• テレポーテーションに必要な追加情報（2ビットを超える情報）が非局所的に伝達されるのではなく、測定と状態準備の構造によって伝達されることをモデルが示唆している。
• 量子理論において、テレポーテーションが本質的に非局所的であるとは限らず、非局所性はテレポーテーションのメカニズムとは別個の特徴である可能性がある。