[論文レビュー] Flux-qubit and the law of angular momentum conservation

А. В. Никулов|arXiv (Cornell University)|May 19, 2010

Quantum Mechanics and Applications参考文献 73被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、超伝導量子計算における広く受け入れられているフラックスキュービットが、角運動量保存の法則および巨視的実在論に矛盾しており、巨視的恒久電流状態の重ね合わせを仮定することの妥当性を揺るがすと主張する。著者は、重ね合わせの性質や量子記述の本質といった、量子力学における基礎的哲学的問題を無視したことに起因する誤解が原因であると指摘し、これらの問題を無視すれば、量子情報研究において根本的な誤りが生じると警告する。

ABSTRACT

The confidence of many authors in the possibility to use superconducting loop interrupted by Josephson junctions as a basis for quantum bit, flux qubit, presumes the assumption on superposition of two macroscopically distinct quantum states with macroscopically different angular momentum. The contradiction of this assumption with macroscopic realism and the conservation law must call the numerous publications about flux qubit in question. These publications uncover misunderstanding by many modern physicists of the essence of the superposition principle. The Einstein - Podolsky - Rosen (EPR) correlation or entanglement, introduced in 1935 by opponents of the Copenhagen interpretation in order to reveal the contradiction of this principle with realism, has provided a basis of the idea of quantum computation. The problem of the EPR correlation has emerged thanks to philosophical controversy between the creators of the quantum theory about the subject of its description. Therefore it is impossible to solve correctly the problem of quantum computer creation without the insight into the essence of this philosophical controversy. The total neglect of the philosophical problems of quantum foundation results to concrete mistakes, the example of which are the publications about flux qubit. In order to prevent such mistakes in the future the philosophical questions about the essence of superposition and entanglement and about the subject of quantum description are considered.

研究の動機と目的

• フラックスキュービットモデルと角運動量保存の法則との間に生じる矛盾を明らかにすること。
• 超伝導ループが巨視的に異なる電流状態の重ね合わせを支持できるという広く受け入れられた仮定を批判すること。
• 量子力学の基礎的哲学を無視することで、量子コンピューティング研究における概念的誤りが生じることを強調すること。
• アインシュタイン、ボーアらによる量子記述に関する哲学的論争が、正しい量子情報科学に不可欠であると主張すること。
• 量子コンピューティング技術を発展させる前に、量子力学の認識論的基盤を再考するよう研究者に呼びかけること。

提案手法

• ジョセフソン接合を有する超伝導ループ内の恒久電流状態を、電流-位相差関係 $ I_p = I_c \sin(\Delta\phi) $ を用いて分析する。
• フラックス量子化条件 $ \Delta\phi_1 + \Delta\phi_2 + \Delta\phi_3 + 2\pi\Phi/\Phi_0 = 2\pi n $ を適用し、非ゼロの恒久電流の存在を導出する。
• 巨視的実在論と角運動量保存の法則の文脈において、重ね合わせの仮定を検討する。
• ベルの定理やレッグレット＝ガルグ不等式を含むノーゴ定理をレビューし、単一系の重ね合わせへの適用可能性を評価する。
• フラックスキュービットの実験結果を巨視的重ね合わせの証拠として用いることの批判を行い、局所的隠れ変数モデルを排除できないと主張する。
• アインシュタインの認識論的枠組みを援用し、量子力学が概念的誤りを避けるために哲学的明確性に裏付けられるべきだと主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超伝導ループにおける二つの巨視的に異なる恒久電流状態の重ね合わせを仮定することは、角運動量保存の法則に違反するか？
• RQ2 単一のフラックスキュービット系における実験的観測結果を、巨視的量子重ね合わせの明確な証拠と解釈できるか？
• RQ3 なぜ多くの現代の物理学者は、重ね合わせ原理の背後にある哲学的基盤とその含意を認識できないのか？
• RQ4 ベルの定理やレッグレット＝ガルグの定理といったノーゴ定理は、フラックスキュービットのような単一で局所化された量子系にどの程度適用可能か？
• RQ5 量子力学における認識論的問いを無視することで、量子コンピューティング研究にどのような根本的誤りが生じるのか？

主な発見

• フラックスキュービットにおける二つの巨視的に異なる電流状態の重ね合わせを仮定することは、角運動量保存の法則に違反する。
• ジョセフソン接合を有する超伝導ループ内の恒久電流状態は、角運動量を保存する形で重ね合わせ可能ではなく、標準的なフラックスキュービットモデルと矛盾する。
• ベルの定理やレッグレット＝ガルグの定理は、フラックスキュービットのような単一で局所化された系には適用不可能であり、巨視的重ね合わせを正当化しようとする試みを根底から揺るがす。
• フラックスキュービットの実験結果は、巨視的重ね合わせの証拠として機能できない。なぜなら、局所的隠れ変数モデルを排除できないからである。
• フラックスキュービットモデルが広く受け入れられているのは、量子記述の対象に関する基礎的論争を無視した哲学的見過ごしに起因する。
• 本論文は、フラックスキュービットに関する研究の全般が、量子基礎と認識論を軽視した「奇妙な誤り」に根ざしていると結論づける。