[論文レビュー] Philosophical Aspects of Quantum Information Theory

Christopher G. Timpson|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2016

Quantum Mechanics and Applications参考文献 145被引用数 55

ひとこと要約

この論文は、情報と計算の観点から、量子力学と古典力学の違いを検討することで、量子情報理論の哲学的基盤を探求する。量子情報、量子テレポーテーション、量子計算を分析し、量子の核心的概念と基礎的問いを再評価し、ゼーリンガー、ブルーブ、ファックスにインspiredされた新しい視点を提示する。

ABSTRACT

Quantum information theory represents a rich subject of discussion for those interested in the philosphical and foundational issues surrounding quantum mechanics for a simple reason: one can cast its central concerns in terms of a long-familiar question: How does the quantum world differ from the classical one? Moreover, deployment of the concepts of information and computation in novel contexts hints at new (or better) means of understanding quantum mechanics, and perhaps even invites re-assessment of traditional material conceptions of the basic nature of the physical world. In this paper I review some of these philosophical aspects of quantum information theory, begining with an elementary survey of the theory, seeking to highlight some of the principles and heuristics involved. We move on to a discussion of the nature and definition of quantum information and deploy the findings in discussing the puzzles surrounding teleportation. The final two sections discuss, respectively, what one might learn from the development of quantum computation (both about the nature of quantum systems and about the nature of computation) and consider the impact of quantum information theory on the traditional foundational questions of quantum mechanics (treating of the views of Zeilinger, Bub and Fuchs, amongst others).

研究の動機と目的

• 量子情報理論が情報と計算に焦点を当てることで、量子力学における基礎的問いをどのように再構築するかを調査すること。
• 量子情報の性質と定義を明確にし、テレポーテーションのような量子のパズルを解消する役割を明らかにすること。
• 量子計算が量子系の性質と計算そのものの本質をどのように明らかにするかを評価すること。
• 量子情報理論が、ゼーリンガー、ブルーブ、ファックスの見解を含む、伝統的な量子力学の基礎的論争に与える影響を評価すること。

提案手法

• 量子情報理論の核心的原則とヒューリスティクスを調査し、概念的基盤を確立すること。
• 量子テレポーテーションを事例として分析し、量子情報が非古典的相関に果たす役割を示すこと。
• 量子計算を検討することで、量子系の理解と計算の本質に及ぼす含意を探ること。
• リーディングな基礎的思想家——ゼーリンガー、ブルーブ、ファックス——の解釈的枠組みをレビューし、彼らの量子情報哲学への貢献を評価すること。
• 概念的分析と思考実験を用いて、古典的と量子的情報の違いを探ること。
• 量子情報からの洞察を統合し、量子基礎論における長年の問題を再評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子情報理論は、量子世界と古典的世界の違いをどのように新たな知見で明らかにするか？
• RQ2 量子情報の性質と定義とは何か？ そして、古典的情報とはどのように異なるか？
• RQ3 量子テレポーテーションは、量子情報が非局所的相関に果たす役割をどのように例証するか？
• RQ4 量子計算と量子情報は、量子系の根本的性質をどのように明らかにするか？
• RQ5 量子情報理論は、ゼーリンガー、ブルーブ、ファックスの解釈を踏まえて、伝統的な量子力学の基礎的論争をどのように再構築するか？

主な発見

• 量子情報理論は、情報と計算の観点から、量子力学の核心的原則を再構築することで、量子力学を理解するための新しい枠組みを提供する。
• 量子情報の概念は、エンタングルメントやテレポーテーションといった量子現象を、古典的情報では説明できない深いつかまりで理解する手がかりを提供する。
• 量子テレポーテーションは、物理的伝送なしに量子状態を介して情報が転送可能であることを示し、量子情報の非古典的性質を強調する。
• 量子計算の発展は、量子系が古典的物理的モデルでは完全に記述できない可能性を示唆し、現実の物質的本質に関する伝統的認識に挑戦する。
• 量子情報理論は、ゼーリンガー、ブルーブ、ファックスが情報理論的原則を量子理論の中心に据えるという視点を踏まえて、量子力学の基礎的問いを再評価するよう促す。