[論文レビュー] Reply to "Comment on Protocol for Direct Counterfactual Quantum Communication"

Hatim Salih, Zhenghong Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2014

Molecular Communication and Nanonetworks被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、物理的粒子がチャネルを通過しない通信プロトコルにおける反事後的性質を擁護する。弱い測定と後選択の分析を通じて、著者らは光子が伝送経路に存在するという解釈が、誤った測定仮定に起因する誤解であることを示し、干渉が保持されている限り、標準量子力学がこのプロトコルの反事後的行動を確認することを示している。

ABSTRACT

In reply to Vaidman's Comment [arXiv:1304.6689], we show that his claim that our Protocol for Direct Counterfactual Quantum Communication [PRL 110, 170502 (2013), arXiv:1206.2042] is counterfactual only for one type of information bit is wrong.

研究の動機と目的

• 遮断がない状況において、量子通信プロトコルが真に反事後的であるかどうかの論争を解決すること。
• 弱い測定と後選択が、通信チャネル内の光子の存在を解釈する上で果たす役割を明確にすること。
• プロトコルの反事後的行動が、測定アーティファクトではなく、標準量子力学と整合することを示すこと。
• D₁に検出された場合に光子がチャネルに単位確率で存在するとする主張を、弱い値測定に基づいて反証すること。

提案手法

• 50-50のビームスプリッター（BS_N）と低透過率のビームスプリッター（BS_M）を用いたプロトコルの簡略化版を分析し、主要な量子的特徴を隔離する。
• D₁でのクリックに条件づけられた後選択を用い、これは光子が経路Aを通り、チャネルを避ける状況に対応する。
• 弱い測定理論を用いて、伝送経路Cにおける光子数演算子の弱い値を評価する。
• 経路Cにおける弱い測定が、内部のインタファーレンスを攪乱することを示し、非攪乱の仮定を無効にすることを示す。
• D₁での振幅が、直接経路Cを通るのではなく、経路Aと間接経路DCEの間の干渉によって生じることを示す。
• Cにおける顕著な非ゼロの弱い値は、測定の反作用に起因するアーティファクトであり、実際の光子のチャネル内存在を示すものではないと主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 遮断がない状況において、量子通信プロトコルが真に反事後的である可能性はあるか？
• RQ2 伝送経路における光子数の非ゼロ弱い値が、その場所における光子の物理的存在を示唆するのか？
• RQ3 D₁でのクリック後に光子がチャネルに単位確率で存在するとする主張は、標準量子力学と整合するか？
• RQ4 干渉を攪乱せずに弱い測定を用いて粒子の存在を推論することは可能か？
• RQ5 後選択が、実際には空であるにもかかわらず、粒子の存在の錯覚を生み出す役割を果たすのはどのようなものか？

主な発見

• 光子が伝送チャネル（経路C）にある確率振幅はほとんどゼロであり、これはビームスプリッターのほとんど無視できる透過率に対応する。
• D₁でのクリックは、光子がチャネルを通過するのではなく、経路Aと間接経路DCEの間の干渉によって生じる。
• Cにおける光子数演算子の弱い値が非ゼロであるのは、測定プロセス自体が干渉を攪乱するためであり、非攪乱の仮定に反する。
• D₁でのクリック後に光子がチャネルに単位確率で存在するとする主張は、後選択と弱い値の誤解に基づくものであり、物理的現実ではない。
• 干渉が保持されている限り、プロトコルは完全に反事後的であり、光子は内部インタファーレンス系やチャネルに入らない。
• 経路Bにおける-1光子のパラドックスは弱い値形式主義に起因するが、物理的実在を示唆するものではなく、量子測定の非古典的性質を反映している。