[論文レビュー] Quantum Measurement and Classical States

Clifford Chafin|arXiv (Cornell University)|Oct 30, 2014

Quantum Mechanics and Applications被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、巨視的物質を古典的・相関的な多体系波動関数としてモデル化することで、量子測定の出現的理論を提唱する。この理論は、多世界解釈に類似した図像と、根本的な時間の矢を自然に生じさせることを可能にする。巨視的環境を、局在化した粒子と弱い相互作用を示す安定した凝縮相として扱うことで、Born統計に従う測定結果の説明が可能となり、保存量は全体として保存され、宇宙の将来の進化が意識と時間の矢の物理的基盤を損なう可能性があることが示唆される。

ABSTRACT

An emergent theory of quantum measurement arises directly by considering the particular subset of many body wavefunctions that can be associated with classical condensed matter and its interaction with delocalized wavefunctions. This transfers questions of the strangeness of quantum mechanics from the wavefunction to the macroscopic material itself. An effectively many-worlds picture of measurement results for long times and induces a natural arrow of time. The challenging part is then justifying why our macroscopic world is dominated by such far-from-eigenstate matter. Condensing cold mesoscopic clusters provide a pathway to a partitioning of a highly correlated many body wavefunction to long lasting islands composed of classical-like bodies widely separated in Fock space. Low mass rapidly delocalizing matter that recombines with the solids slice the system into a set of nearby yet very weakly interacting subsystems weighted according to the Born statistics and yields a kind of many worlds picture but with the possibility of revived phase interference on iterative particle desorption, delocalization and readsorption. A proliferation of low energy photons competes with such a possibility. Causality problems associated with correlated quantum measurement are resolved and conserved quantities are preserved for the overall many body function despite their failure in each observer's bifurcating slice-path. The necessity of such a state for a two state logic and reliable discrete state machine suggests that later stages of the universe's evolution will destroy the physical underpinnings required for consciousness and the arrow of time even without heat-death or atomic destruction. Some exotic possibilities outside the domain of usual quantum measurement are considered such as measurement with delocalized devices and revival of information from past measurements.

研究の動機と目的

• 波動関数の崩壊から巨視的物質の性質への焦点のシフトにより、量子測定の基礎的パズルを解消すること。
• 古典的・類似する多体系波動関数の安定性を通じて、優先基底と時間の矢の出現を説明すること。
• 個々の観測者が分岐路を経験する多世界の枠組みにおいて、量子コherーランス、因果性、保存則を調和させること。
• 量子測定と古典的観測が不一致に陥る物理的条件、特に遅い宇宙の状況を調査すること。
• 局在化した装置や過去の測定からの情報回復を含む、特異な測定状況を探索すること。

提案手法

• 巨視的環境を、固有状態とは大きく離れた、凝縮した多体系波動関数としてモデル化し、古典的・類似する基盤を形成する。
• Fock空間の分割を用いて、相関的なミクロスケールクラスターから形成される、長寿命で空間的に分離された古典的・類似する物体を記述する。
• 低質量で急速に局在化しない粒子を導入し、巨視的物質と弱い相互作用を示すことで、Born重み付き確率に従う有効な分岐を誘発する。
• 保存量が全体の多体系波動関数で保持されることを前提とし、観測者固有の分岐では局所的に破壊されてもよいものとする。
• 反復的粒子脱離、局在化、再吸着を分析し、位相干渉の回復可能性を評価する。
• 量子コherーランスと情報回復を抑制する低エネルギー光子の増幅といった、相反する効果を考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 波動関数の崩壊なしに、ユニタリ量子力学的進化から一貫した時間の矢がどのように出現するのか？
• RQ2 なぜ我々の巨視的世界は量子重ね合わせではなく、古典的・類似する物質で支配されているのか？
• RQ3 反復的粒子再吸収サイクルにおいて、過去の測定からの量子情報がどのように回復可能になるのか？
• RQ4 個々の測定分岐が保存則を破壊しているように見えるにもかかわらず、なぜ保存量が全体として保持されるのか？
• RQ5 遅い宇宙におけるどのような物理的条件が、意識と時間の矢の可能性を根底から損なうのか？

主な発見

• 優先基底と時間の矢の出現は、凝縮相における古典的・類似する相関多体系波動関数の安定性に起因して自然に生じる。
• 弱い相互作用を示すFock空間で分離された部分系の存在により、多世界的構造を示し、確率はBorn則に従う。
• 保存量が全体の多体系波動関数で保持されることから、因果性は全体として保存されるが、観測者固有の分岐では局所的に破壊される可能性がある。
• 反復的脱離と再吸収サイクル中に、位相干渉の回復可能性は存在するが、低エネルギー光子の増幅によって抑制される。
• 意識と時間の矢の物理的基盤は、熱死や原子の崩壊よりも前に、宇宙の後期段階で破壊される可能性がある。
• 局在化した測定装置や過去の測定からの情報回復といった特異な測定状況は、特定の非標準的条件下では物理的に実現可能である。