[論文レビュー] Non-Sequential Behavior of the Wave Function

Shahar Dolev, Avshalom C. Elitzur|ArXiv.org|Feb 21, 2001

Neural Networks and Applications被引用数 24

ひとこと要約

本稿は、空間的・時間的順序に反する非逐次的波動関数行動を示す量子実験を提案する。光子の波動関数が、重ね合わせ状態にある原子の列と相互作用する際、どの位置にあろうと、その中から任意の1つの原子が唯一影響を受ける可能性が生じる。この確率は (2^{n-1}+1)/2^n > 1/n であり、古典的因果関係および量子測定の標準的解釈に挑戦する。

ABSTRACT

An experiment is presented in which the alleged progression of a photon's wave function is ``measured'' by a row of superposed atoms. The photon's wave function affects only one out of the atoms, regardless of its position within the row, thereby manifesting not only non-local but also non-sequential characteristics. It also turns out that, out of n atoms, each one has a probability which is higher than the normal 1/n to be the single affected one.

研究の動機と目的

• 量子波動関数が相互作用中に時空を逐次的に進化すると仮定することを挑戦すること。
• 光子の波動関数が、重ね合わせ状態にある原子の列の中から、位置にかかわらず1つの原子にのみ影響を及べることを示すこと。
• 特定の原子が影響を受ける確率が古典的期待値 1/n を上回ることを示し、逐次的期待とは反する。
• 局所的相互作用や崩壊に基づく実在的モデルを除外するため、測定の選択が結果の確率に非局所的に影響することを示すこと。
• 標準的解釈（例：ガイド波、崩壊、多世界解釈）が観察された非逐次的相関を説明できないことを主張すること。

提案手法

• スピン1/2の原子の列を重ね合わせ状態に準備し、それらが光子の経路に沿って配置されたマハーズキ・インテルフェロメータを用いる。
• 光子の波動関数と相互作用するのは、原子の波動関数成分のうち1つのみとなるように配置する。
• ユニタリ変換とビームスプリッタ操作を適用し、光子の経路を再結合させ、量子コherーを維持する。
• 最終的な光子検出結果と原子のスピン状態を測定し、どの原子が影響を受けたかを特定する。
• 原子の測定を遅延選択することで、どの原子を測定するかの選択が、それが影響を受ける確率を上昇させることを示す。
• 時刻制御された開口部を備えた密封されたボックスを導入し、影響を受けていない原子に対しても物理的実体がすべての原子を通過していたことを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光子の波動関数が、空間を逐次的に通過することなく、重ね合わせ状態にある原子の列の中から1つの原子と相互作用できるか？
• RQ2 特定の原子が影響を受ける確率が 1/n を上回るか？ もしそうなら、その理由は何か？
• RQ3 どの原子を測定するかの選択が、それが光子の影響を受ける可能性を高めるか？
• RQ4 波動関数が影響を受けていない原子を通過していた物理的証拠は存在するか？
• RQ5 標準的量子解釈（例：崩壊、ガイド波）は、観察された非逐次的行動を適切に説明できるか？

主な発見

• n 個の原子の列の中から、ある特定の原子が光子の影響を受ける確率は (2^{n-1} + 1)/2^n であり、これは古典的期待値 1/n を上回り、n が大きくなるにつれて 1/2 に近づく。
• 光子が 'd' ディテクタで検出された場合、唯一の原子だけが Z+ 状態にあり、他の原子はすべて初期状態の X+ 状態にあり、エンタングルメントが解除される。
• 測定対象の原子を選択することで、その原子が影響を受ける確率が 1/n から (2^{n-1}+1)/2^n に上昇し、測定選択の非局所的影響が示される。
• 測定変化が見られない原子に対しても、光子の波動関数がすべての原子を通過していたことが、密封ボックス内の時刻制御開口部によって確認された。
• 結果はローレンツ不変であり、超光速信号伝播を許さないが、ベルに類似した非局所的相関を示す。
• 崩壊、ガイド波、先進作用を含むいかなる実在的解釈でも、因果性や局所性を損なわずに非逐次的行動を説明できない。