[論文レビュー] Quantum Structures: A View of the Quantum World

J. Jeknić-Dugić, M. Arsenijević+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2013

Quantum Mechanics and Applications参考文献 24被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、量子世界を理解するための根本的要因としての量子構造を調査し、量子系が部分への一意で、本体論的に優先される分解を欠いていると提唱している。量子相関、デコherence、正準変換を分析することで、同一の量子宇宙から複数の古典的類似構造が同時に出現しうることを示し、局所性や現実性に関する古典的直観に挑戦する。

ABSTRACT

We offer a systematic account of decomposition of quantum systems into parts. Different decompositions (structures) are mutually linked via the proper linear canonical transformations. Different kinds of structures, as well as their relations, are considered. Emphasis is placed on mutually global and irreducible structures. Is there a privileged structure of the closed system? Is there a preferred (bipartite) structure of an open system? Are there any practical advantages of certain alternative structures of the system? Is there a simple dynamical relation for a pair of structures? The [necessarily partial] answers are rather intriguing. Relativity of quantum correlations (that include entanglement as well as the "one-way" and "two-way" discord) is carefully presented. Emphasis is placed on the "parallel occurrence of decoherence" in the quantum Brownian motion. The environment-selected preferred structure of an open composite system is presented for a pair of harmonic oscillators (or the field modes). A limitation of the Nakajima-Zwanzig projection method appears as a consequence of quantum correlations relativity. Hence, describing dynamics of an alternate open-system is a delicate task. Certain interpretational issues, which include "quantum reference frames" issue, are discussed. Some recent experiments are also discussed. To this end, the option that "there are no particles" on the most fundamental physical level naturally follows. Certain open questions and prospects for further research are highlighted.

研究の動機と目的

• 複合量子系に一意の基本的構造が存在するのか、あるいは複数の構造が共存しうるのかを調査すること。
• デコherenceと相関ダイナミクスを通じて、古典的構造と直観が量子基盤からどのように生じるかを理解すること。
• 量子構造の変異が、古典物理学では得られない実用的利点をもたらすかどうかを検討すること。
• 量子力学における系、局所性、相関の相対性を検討し、古典的仮定における物理的分解に関する疑問を提起すること。

提案手法

• 正準変換、特に線形正準変換（LCTs）を用いて、量子系の異なる構造的分解を分析する。
• 量子ブラウン運動のCaldeira-Leggettモデルを用いて、開放系におけるデコherenceを研究する。
• 複数のデコherence過程が線形モデル内で同時に起こりうる、並列的デコherenceの概念を導入する。
• 量子相関の相対性（エンタングルメントと不協和）を用いて、相関が系の分解の選択に依存することを示す。
• デコherenceによって誘導される優先構造を用いて、どの部分系分解が動的に安定化され、観測可能になるかを特定する。
• 古典性に必要な最小限の量子相関が存在するとの仮説を提示し、構造と量子から古典への遷移を結びつける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複合量子系に一意の基本的構造が存在するのか、それとも複数の構造が共存しうるのか？
• RQ2 古典的構造と直観は、下位の量子基盤からどのように生じるのか？
• RQ3 量子系における構造的変異が、古典物理学では実現不可能な実用的応用をもたらす可能性があるか？
• RQ4 量子力学において「系」と「局所性」の概念がどの程度相対的であるか？
• RQ5 デコherenceは、単一の量子宇宙内での優先的で観測可能な構造を選択する役割を果たすのか？

主な発見

• 複数の古典的類似世界が、同一の量子宇宙内に共存しうる。それぞれは異なるデコherenceによって誘導される優先的構造によって定義される。
• 開放系の複合的系における優先的局所的構造は、理論的に純粋に導出可能ではなく、デコherenceダイナミクスからの現象論的入力が必要である。
• 並列的デコherenceは、すべての線形モデルに対して成り立つと仮説される。これは、複数の準古典的領域が同時に出現しうることを示唆する。
• 量子相関の相対性は、エンタングルメントと不協和が分解の選択に依存することを示し、『相関』が絶対的ではなく、構造に依存する性質であることを意味する。
• 古典性は系そのものに内在するのではなく、系と環境の相互作用と自由度の選択の相互作用から生じる。
• 本論文は、『粒子』や『局所性』は根本的ではなく、出現的であると主張し、特定の分解に本体論的独自性はないと結論づける。