[論文レビュー] Quantum Nonlocality: Myth and Reality

Robert B. Griffiths|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2019

Quantum Mechanics and Applications参考文献 34被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、ヒルベルト空間形式主義の枠組み内で適切に分析された場合、量子力学が根本的に局所的であると主張している。ベル不等式の破れに基づく非局所性の主張を反駁し、見かけの非局所性はベル型導出における古典的仮定に起因するものであり、実際の物理的非局所的影響ではないと示している。また、一貫した歴史と量子確率を用いて、局所的な共通原因によって量子相関が生じることを提案している。

ABSTRACT

It is shown that when properly analyzed using principles consistent with the use of a Hilbert space to describe microscopic properties, quantum mechanics is a local theory: one system cannot influence another system with which it does not interact. Claims to the contrary based on quantum violations of Bell inequalities are shown to be incorrect. A specific example traces a violation of the CHSH Bell inequality in the case of a spin-3/2 particle to the noncommutation of certain quantum operators in a situation where (non)locality is not an issue. A consistent histories analysis of what quantum measurements measure, in terms of quantum properties, is used to identify the basic problem with derivations of Bell inequalities: the use of classical concepts (hidden variables) rather than a probabilistic structure appropriate to the quantum domain. A difficulty with the original Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) argument for the incompleteness of quantum mechanics is the use of a counterfactual argument which is not valid if one assumes that Hilbert-space quantum mechanics is complete; locality is not an issue. The quantum correlations that violate Bell inequalities can be understood using local quantum common causes. Wavefunction collapse and Schr\odinger steering are calculational procedures, not physical processes. A general Principle of Einstein Locality rules out nonlocal influences between noninteracting quantum systems. Some suggestions are made for changes in terminology that could clarify discussions of quantum foundations and be less confusing to students.

研究の動機と目的

• 量子のベル不等式違反が非局所性を意味すると広く解釈されているのを挑戦すること。
• ヒルベルト空間形式主義内で一貫して分析された場合、量子力学が局所的であることを示すこと。
• ベル不等式導出における基礎的誤りを特定すること：古典的隠れ変数の使用ではなく、量子確率構造の使用。
• 波動関数の収束とシュレーディンガーの操作が計算的道具であるが、物理的過程ではないことを明確にすること。
• 量子基礎論の議論における混乱を減らすために用語の変更を提案すること。

提案手法

• スピン3/2系におけるCHSH不等式の破れを分析し、非可換演算子の存在にもかかわらず非局所性は関与していないことを示す。
• 一貫した歴史解釈を適用して、量子測定が実際に何を測定しているか、すなわち量子性質についての理解を明確にする。
• 量子確率とヒルベルト空間構造を用いて、ベル型導出における古典的後件的推論を置き換える。
• ベル不等式を破る量子相関は、局所的な共通原因によって説明可能であることを示す。
• アインシュタインの局所性の原理を適用して、相互作用のない系間の非局所的影響を排除する。
• 波動関数の収束とシュレーディンガーの操作を、物理的過程ではなく形式的手続きとして再解釈する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ベル不等式の量子的違反は、非局所性を仮定せずに説明可能か？
• RQ2 なぜベル不等式の導出が誤って非局所性を示唆するのか？
• RQ3 隠れ変数のような古典的概念が、量子非局所性の解釈を歪める役割を果たすのか？
• RQ4 一貫した歴史解釈は、量子測定と相関に関する曖昧さをどのように解消するのか？
• RQ5 波動関数の収束とシュレーディンガーの操作の正しい物理的解釈は何か？

主な発見

• ヒルベルト空間形式主義内で分析された場合、量子力学は根本的に局所的であり、相互作用のない系間に物理的非局所的影響は存在しない。
• スピン3/2系におけるCHSH不等式の破れは、非可換性に起因するが、非局所性とは無関係であり、非局所性が関係しない文脈で発生する。
• ベル不等式の導出に失敗するのは、古典的後件的推論と隠れ変数に依存しているためであり、これらは量子力学では適用できない。
• ベル不等式を破る量子相関は、局所的な共通原因によって説明可能であり、局所性が保たれる。
• 波動関数の収束とシュレーディンガーの操作は計算的道具にすぎず、物理的過程ではない。したがって、実際の力学的影響として解釈すべきではない。
• アインシュタインの局所性の原理と量子確率構造を採用することで、量子基礎論における非局所性のパラドックスが解消される。