[論文レビュー] Qubits are not observers -- a no-go theorem

Časlav Brukner|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2021

Quantum Mechanics and Applications参考文献 21被引用数 26

ひとこと要約

本論文は Relational quantum mechanics (RQM) におけるノーゴー定理を示し、観測者に対して相対的な系の記述が、相対状態の基底依存性に起因する曖昧さのため、観測者についての従来の知識に相当するものにはなり得ないことを示す。

ABSTRACT

The relational approach to quantum states asserts that the physical description of quantum systems is always relative to something or someone. In relational quantum mechanics (RQM) it is relative to other quantum systems, in the (neo-)Copenhagen interpretation of quantum theory to measurement contexts, and in QBism to the beliefs of the agents. In contrast to the other two interpretations, in RQM any interaction between two quantum systems counts as a "measurement", and the terms "observer" and "observed system" apply to arbitrary systems. We show, in the form of a no-go theorem, that in RQM the physical description of a system relative to an observer cannot represent knowledge about the observer in the conventional sense of this term. The problem lies in the ambiguity in the choice of the basis with respect to which the relative states are to be defined in RQM. In interpretations of quantum theory where observations play a fundamental role, the problem does not arise because the experimental context defines a preferred basis.

研究の動機と目的

• Relational quantum states が別の系に対してどのように定義されるかを明確にする。
• 観測者 relative な状態を観測者についての知識として解釈する際の一貫性制約（ノーゴー）を示す。
• 優先基底の役割を特定し、それが RQM における Relational knowledge をどのように制限するかを説明する。
• 観測がどのように扱われるかの観点から、RQM を neo-Copenhagen および QBism と区別する。

提案手法

• システム S と観測者 O 之间の二部系エンタングル状態を分析する。
• Definite Relative State (DefRS) および Distinct Relative States (DisRS) の前提を導入する。
• 結合状態の下で、DefRS と DisRS が基底依存性により不一致を生み出すことを示す。
• 同じ結合状態を2つの異なる基底で表現し、優先基底の曖昧さを露呈させる。
• 優先基底（例：マクロ観測基底）を仮定することで曖昧さを解消し、neo-Copenhagen/QBism と整合させる。
• 結論として、RQM は Relational states を観測者についての知識として一貫して扱うことができない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RQM で定義された系の相対状態を、従来の意味で観測者についての知識として解釈できるだろうか？
• RQ2 結合系-観測者状態を表現するために異なる基底を自由に選択できることが、観測者が知っているとされる内容に不整合をもたらすか？
• RQ3 曖昧さを防ぎ、RQM を他の解釈と整合させる基底（優先基底）は存在するか？
• RQ4 デコヒーレンスとマクロ測定の文脈は Relational Quantum Mechanics の枠組みにどのような影響を与えるか？
• RQ5 RQM の Relational states は neo-Copenhagen および QBism のような観測者ベースの解釈と何が異なるか？

主な発見

• DefRS と DisRS は量子力学の下で同時に有効にはなり得ないというノーゴー定理。
• 同じ結合状態の異なる基底表現は、観測者の知識が直交していないものを生み出し、コピーや条件付きでの使用を妨げる。
• 優先基底がなければ、RQM は複数の非直交的な観測者知識状態を許容し、観測者についての従来の知識を損なう。
• デコヒーレンスによる支持や測定ベースの文脈における優先基底の存在は不一致を回避し、neo-Copenhagen および QBism と整合する。
• qubits は RQM において観測者の役割を果たすことはできず、知識と区別可能性に関する基礎的な仮定を侵害する。