[論文レビュー] On the Possibility of Ontological Models of Quantum Mechanics

Daniel J Miller, Matt Farr|arXiv (Cornell University)|May 12, 2014

Quantum Mechanics and Applications被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、量子系の部分集合がエンタングルメント測定が行われる前にもエンタングルメントを示すことを示している—これを「事前エンタングルメント」と呼ぶ—、実在論的レベルでの準備独立性の仮定に挑戦する。個々の系が測定以前に明確な量子状態を有しないことを示唆することで、状態が個々の系ではなく集合にのみ割り当てられる実在論的モデルを支持する。

ABSTRACT

We consider an experiment in which quantum tomography data is collected before and after an entangling measurement performed on two independently prepared, maximally-mixed ensembles. We show that each sub-ensemble that is, as expected, entangled after the measurement is also entangled before it. We call the latter pre-entanglement. If individual systems possessed quantum states, their independent preparations would mean the sub-ensembles were in separable states prior to the entanglement event. The contradiction can be resolved by assigning states only to ensembles and not individual quantum systems. Pre-entanglement found here at the quantum level makes very doubtful the assumption of preparation independence at the ontic level required for a recent theorem.

研究の動機と目的

• エンタングルメント測定の前において、量子系が明確な実在論的状態を有するかどうかを調査すること。
• 量子力学の実在論的モデルにおける準備独立性の仮定に挑戦すること。
• 事前エンタングルメントが実在論的レベルでの量子状態の性質に与える影響を検討すること。
• 測定後にエンタングルメントが観測された場合、個々の量子系が測定以前に明確な状態を有するかどうかを評価すること。
• 量子状態が個々の系にのみ割り当てられるのではなく、集合にのみ割り当てられるような枠組みを提唱すること。

提案手法

• エンタングルメント測定の前後で、独立に準備された最大混合状態の2つの集合に対して量子トモグラフィー実験を実施すること。
• 測定後の部分集合を分析し、エンタングルメントを同定した後、測定前の状態を後向きに評価すること。
• 部分集合の密度行列を決定するために、測定前後における量子状態トモグラフィーを適用すること。
• 測定前の段階における量子状態の実在論的性質を推論するために、結果を用いること。
• 観察された事前エンタングルメントと整合する個々の系の状態割り当ての妥当性を評価すること。
• 実在論的レベルでの準備独立性の否定によって、実在論的モデルに与える含みを導出すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エンタングルメント測定が行われる前でも、部分集合がエンタングルメントを示すことは可能か？
• RQ2 その集合が測定後にエンタングルメントを示す場合、個々の量子系が測定以前に明確な実在論的状態を有するのか？
• RQ3 量子力学の実在論的モデルにおいて、準備独立性の仮定は妥当か？
• RQ4 事前エンタングルメントが個々の系への量子状態の割り当てに与える影響は何か？
• RQ5 個々の系に状態を割り当てないで、一貫性のある実在論的モデルを構築することは可能か？

主な発見

• エンタングルメント測定後にエンタングルメントを示す部分集合は、測定以前にもエンタングルメントを示していることが判明し、これを「事前エンタングルメント」と呼ぶ。
• 事前エンタングルメントの存在は、独立に準備された系が測定以前に分離状態にあったはずという仮定に反する。
• この矛盾は、測定以前に個々の量子系に明確な量子状態を割り当てられないことを示唆する。
• 結果は、量子状態が実在論的に集合にのみ割り当てられることを支持する。
• これらの発見は、最近の実在論的モデルに関する定理における準備独立性の仮定が、実在論的レベルで有効でないことを挑戦する。
• 事前エンタングルメントは、準備独立性を前提とする量子力学の実在論的モデルの可能性を根底から揺るがす。