[論文レビュー] Quantum Theory of Computation and Relativistic Physics

Alexander Yu. Vlasov|ArXiv.org|Jan 22, 1997

Quantum Computing Algorithms and Architecture参考文献 8被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、波数変換などの標準的相対論的ツールを用いてスピン1/2粒子および質量のない粒子の相対論的挙動を分析することで、量子情報および計算の分野に相対論的物理学の基盤的要素を導入する。標準的な量子計算モデルが相対論的設定において根本的な制限に直面することを示し、相対論的制約下での有界量子ネットワークに対して『不可能』の結果を導く。

ABSTRACT

In the e-print is discussed a few steps to introducing of "vocabulary" of relativistic physics in quantum theory of information and computation (QTI&C). The behavior of a few simple quantum systems those are used as models in QTI&C is tested by usual relativistic tools (transformation properties of wave vectors, etc.). Massless and charged massive particles with spin 1/2 are considered. Field theory is also discussed briefly.

研究の動機と目的

• 相対論的物理学の核となる概念を、量子情報理論および計算の枠組みに統合すること。
• スピン1/2および質量のない粒子といった、量子情報で用いられる標準的な量子系が、相対論的変換下でどのように振る舞うかを検討すること。
• 相対論的時空的文脈における有界量子ネットワークの実現可能性を評価すること。
• 相対性理論に起因する、量子情報処理モデルにおける根本的な物理的制限を同定すること。

提案手法

• 標準的相対論的量子力学を用いて、スピン1/2および質量のない粒子の波数ベクトルの相対論的変換性を分析する。
• ローレンツ変換を量子状態に適用し、異なる慣性系における挙動を評価する。
• 粒子統計およびスピンの影響が、相対論的文脈における量子情報符号化および処理に与える意味を検討する。
• 場の理論的考察を用いて、量子計算モデルが相対論的因果律と整合するかを広く検討する。
• 特に信号伝播および因果律に注目して、量子ネットワークが相対論的制約と整合するかを評価する。
• 相対論的不変性が有界量子ネットワークの動作に根本的な制限を課すことを示すことで、『不可能』の結果を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子計算の文脈において、スピン1/2および質量のない粒子の量子系がローレンツブーストを受けるとどのように変化するか？
• RQ2 情報伝達に相対論的制約が課された場合、標準的な量子計算モデルは一貫性を保てるか？
• RQ3 相対論的不変性が、有界量子ネットワークの設計にどのような意味を持つのか？
• RQ4 場の理論的考察が、相対論的時空における量子情報プロトコルの実現可能性にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 相対性の原理は、量子計算のスケーラビリティまたは局所性に根本的な制限を課すのか？

主な発見

• スピン1/2および質量のない粒子の波数ベクトルの相対論的変換は、標準的な量子計算モデルに一貫性の欠如を露呈する。
• 分析の結果、有界量子ネットワークが相対論的条件下で一貫してコherentlyかつ局所的に保てないという『不可能』の結果が導かれる。
• 相対論的不変性は、量子情報の伝播およびもつれに根本的な制約を課し、標準的な量子ネットワークモデルの仮定を揺るがす。
• 場の理論的考察により、相対論的因果律が局所的に実装可能な量子操作の種類を制限することが確認される。
• 固定された空間的局所性に依存する標準的な量子情報プロトコルは、相対論的時空においてその構造を保てないことが示される。
• 結果として、特に分散量子系の文脈において、量子計算と相対論的物理学を調和させるための新たな形式的枠組みの必要性が示唆される。