[論文レビュー] Dual of the generalised quantum Cheshire cat

James Q. Quach|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2017

Quantum Information and Cryptography被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、弱値解釈における曖昧さを解消することで、量子チゼルズ・キャット（QCC）パラドックスを一般化している：ゼロの弱値は、偏光なしを意味するか、線形偏光を意味するかのどちらかである。本稿では、干渉が物理的経路と「幻の」経路から生じる一般化QCCの双対を導入し、事前および事後選択された量子状態のおかげで、水平偏光の干渉系においても垂直偏光の干渉が生じる。

ABSTRACT

The quantum Cheshire cat (QCC) thought experiment proposes that a quantum object's property ( extit{e.g} polarisation, spin, etc.) can be separated from its physical body or extit{disembodied}. This conclusion arose from an argument that interprets a zero weak value (WV) of polarisation as no polarisation. We show that this argument is incomplete in the sense that a zero WV reading could equally be interpreted as linear polarisation. Nevertheless, through a generalisation of the QCC, we complete their argument by excluding the possibility of linear polarisation as a consistent interpretation. We go further, and introduce the dual of the generalised QCC. The dual QCC exhibits an intriguing effect, where a horizontally-polarised interferometer with just one arm, can give rise to interference which is vertically-polarised. The interference appears to arise as the result of the phase difference between the physical arm and a extit{phantom} arm. This peculiar effect arises from the interplay between the pre-selected and post-selected states, which characterises WVs. The QCC has not yet been unambiguously experimentally demonstrated. The QCC dual offers an alternative pathway to experimental realisation.

研究の動機と目的

• 量子チゼルズ・キャット thought experiment におけるゼロ弱値の解釈の曖昧さを解消すること。ゼロ値は、偏光なしを意味するか、線形偏光を意味するかのどちらかである。
• ゼロ弱値の解釈として線形偏光を一貫して排除することで、量子チゼルズ・キャットの議論を完成させること。
• 物理的経路と「幻の」経路からの干渉を示す、一般化QCCの双対版を提案すること。
• 事前および事後選択された量子状態が、非古典的干渉効果を生成する役割を明らかにすること。
• 量子チゼルズ・キャット現象の実験的実現への新たな道筋を提供すること。

提案手法

• 二経路干渉系における偏光の弱値を含む、元の量子チゼルズ・キャット枠組みを一般化すること。
• 事前選択および事後選択された量子状態を用いて偏光の弱値を分析し、ゼロ弱値が偏光の不在を意味するか、線形偏光を意味するかを特定すること。
• 水平偏光の干渉系に物理的経路が1つしかない双対構成を導入し、垂直偏光の干渉が生じることを示すこと。
• 干渉を、物理的経路と「幻の」経路間の位相差から生じるとモデル化し、古典的には存在しないが量子力学的に寄与する。
• 弱値および事前・事後選択状態の形式的枠組みを用いて、物理的垂直経路が存在しないにもかかわらず、観測された干渉が垂直偏光と整合することを示すこと。
• 効果が、系の初期状態と最終状態の間の相互作用に起因することを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子チゼルズ・キャットにおいて、偏光のゼロ弱値が、偏光なしではなく線形偏光として一貫して解釈可能か？
• RQ2 量子チゼルズ・キャットの文脈において、ゼロ弱値の線形偏光解釈を排除することは可能か？
• RQ3 一般化QCCの双対構成において、どのような新しい量子効果が生じるか？
• RQ4 物理的経路が水平偏光でのみ存在する装置で、なぜ垂直偏光の干渉が生じるのか？
• RQ5 双対QCC効果は、元の現象の実験的実現の代替的手段として実用的か？

主な発見

• 偏光のゼロ弱値は、偏光なしを意味すると一意に解釈できるわけではない。それは、線形偏光を意味する可能性も同様にあり得る。
• 線形偏光をゼロ弱値の解釈として一貫して排除することで、一般化QCC枠組みが完成する。
• 双対一般化QCCでは、干渉が水平偏光の干渉系であっても、垂直偏光の干渉を示す。
• 干渉は、物理的経路と物理的でない「幻の」経路間の位相差から生じる。この幻の経路は、事前・事後選択状態のおかげで量子力学的に寄与する。
• この効果は、事前選択状態と事後選択状態の相互作用に起因し、それが弱値を定義する。
• 双対QCCは、量子チゼルズ・キャット効果を実現するための、新たな実験的にアクセス可能な道筋を提供する。