[論文レビュー] How come the Correlations?

Nicolas Gisin|ArXiv.org|Mar 1, 2005

Quantum Mechanics and Applications被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、時空的に分離された測定における量子相関の根本的な性質を調査し、それらが事前に存在する共通原因や古典的通信によって説明できないことを主張している。ベルの定理を基盤として、ジンシンは量子もつれが古典的因果関係に反する非局所的相関を生じることを示し、完全に決定論的な局所実在主義に従う宇宙の概念に挑戦している。

ABSTRACT

In relativity there is space-time out there. In quantum mechanics there is entanglement. Entanglement manifests itself by producing correlations between classical events (e.g. the firing of some detectors) at any two space-time locations. If the locations are time-like separated, i.e. one is in the future of the other, then there is no specific difficulty to understand the correlations. But if the two locations are space-like separated, the problem is different. How can the two space-time locations out there know about what happens in each other without any sort of communication? If space-time really exists, the locations must do something like communicating. Or it was all set up at the Beginning. But the correlations depend also on the free choice of the experimentalists, one in each space-time location. This allowed John Bell to derive his inequality and the experimentalists to violate it, thus refuting the assumption that it was all set up at the beginning: the Correlations can't be explained by common causes.

研究の動機と目的

• 時空的に分離された量子測定が強い非局所的相関を生じるメカニズムという基礎的謎を解明すること。
• 遠く離れた出来事間で相関が生じるという古典的仮定（事前に存在する共通原因や信号伝達）を疑問視すること。
• ベルの不等式と実験的違反を通じて、量子力学が局所実在主義を破るという結論を強化すること。
• 相対性理論と時空の性質という文脈における量子非局所性の哲学的含意を検討すること。
• 実験者が測定設定を自由に選択できるという事実が、決定論的隠れ変数理論による量子相関の説明を排除することを主張すること。

提案手法

• 相対論的時空における時空的に分離された測定事象の観点から、量子もつれを分析する。
• ベルの定理を適用し、遠く離れた測定間の相関が局所的隠れ変数では説明できないことを示す。
• ベルの不等式の破れを、事前に決定された共通原因に対する実証的証拠として用いる。
• 測定設定の自由選択が果たす役割を検討し、相関が空間的に分離された点で行われた選択に依存することを示す。
• 古典的通信が時空的に分離された点間で不可能な相対論的枠組みにおいて、非局所性の意味を検討する。
• 唯一一貫した説明は、量子系が信号伝達ではなく、内在的な量子もつれを通じて非局所的に相関しているということである。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ時空的に分離された量子測定がベルの不等式を破る相関を生じるのか？
• RQ2 なぜこれらの相関が事前に存在する共通原因や決定論的隠れ変数では説明できないのか？
• RQ3 ベルの不等式の破れが、現実の性質と局所的因果関係について何を示唆するのか？
• RQ4 実験者が測定設定を自由に選択することは、なぜ決定論的モデルによる量子相関の説明を排除するのか？
• RQ5 量子非局所性が、時空や相対性理論に関する我々の理解にどのような含意を持つのか？

主な発見

• 時空的に分離された出来事間の量子相関は、いかなる局所的隠れ変数理論や事前に存在する共通原因でも説明できない。
• 実験で観測されたベルの不等式の破れは、粒子生成時に結果が事前に決定されているような決定論的モデルを排除する。
• 相関は測定設定の自由選択に依存しており、一方の地点から他方の地点への因果的影響では説明できない。
• 量子力学における非局所性は、信号伝達や通信の結果ではなく、根本的な特徴である。
• 相対性理論における時空の構造は、時空的に分離された点間で古典的通信を許さないが、量子力学は依然として強い相関を生じる。
• 唯一一貫した説明は、量子もつれが信号伝達によって媒介されない、量子状態固有の非局所的相関を生じることである。