[論文レビュー] Reply to L.Vaidman's comment on "Asking photons where they have been in plain language"

D. Sokolovski|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2017

Climate Change Communication and Perception被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、光子が古典的に進入しなかった領域、たとえばネストされたインターオンファーマーに「存在した」と主張される量子弱測定の解釈に挑戦する。弱い痕跡基準—粒子の過去を推定するために使われる—が、弱値ではなく量子確率振幅の誤解に基づいていると主張し、このような推論は光子の経路について物理的に誤った結論を導くと述べる。

ABSTRACT

Vaidman's analysis of the photon's past is based on incorrect interpretation of quantum probability amplitudes. The confusion stems from his original work [{\it Phys. Rev. Lett.} extbf{60}, 1351 (1988)], which missed the connection between the amplitudes and the "weak values" introduced therein.

研究の動機と目的

• F1で主張されている、光子が入出しなくてもネストされたインターオンファーマーに「存在した」と言えるという主張を反証すること。
• ヴァイダマンが提唱した「弱い痕跡」基準が、量子確率振幅の誤解に基づいていることを明確にすること。
• 弱測定の形式的枠組みが誤って適用されると、量子粒子の過去について物理的に無効な結論が導かれることを示すこと。
• フェファインマンの経路積分原理に基づく標準量子力学では、測定可能な証拠がない限り、粒子の過去について明確な主張ができないことを強調すること。
• 非ゼロの弱値が粒子がその位置に存在したことを示すのではなく、振幅寄与がゼロでないことを示すにとどまることを是正すること。

提案手法

• F1のインターオンファーマー設定を分析し、検出器に至る3つの寄与経路を特定：点C経由、およびE→A→F、E→B→F経由。
• 標準量子力学を用いて正規化された確率振幅（αj = Aj / ΣAi）を計算し、弱測定がこれらの振幅の重み付き平均をもたらすことを示す。
• 非ゼロの弱値（または痕跡）は、物理的到着を示すのではなく、振幅寄与がゼロでないことを示すにとどまることを原則として適用する。
• EおよびFにおけるゼロの弱痕跡は、αEAF = -αEBF であることを示し、これはインターオンファーマー設計に組み込まれた条件であることを示す。
• BS1–BS2 や BS3–BS4 の腕を遮断する thought experiment を用いて、弱痕跡基準の妥当性を検証する。
• 干渉が存在する場合には、明確な経路を割り当ててはならないとフェファインマンが警告しているのを引用し、事前・事後選択系に対して明確な過去がないと拒否する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弱測定に基づいて、光子が古典的に進入しなかった領域に「存在した」と言えるのか？
• RQ2 弱痕跡基準は、量子粒子の過去位置を正しく推定しているのか？
• RQ3 非ゼロの弱値を量子振幅の観点から正しく解釈するにはどうすればよいか？
• RQ4 EおよびFにおける微小な漏れ信号の存在が、弱痕跡推論の妥当性にどのように影響するか？
• RQ5 インターオンファーマーの特定の腕を遮断することで、「光子がネストされたループに存在した」という主張を反証できるか？

主な発見

• 弱痕跡基準は、量子確率振幅を物理的到着の指標と誤解しており、光子の過去に関する誤った結論を導く。
• A、B、Cにおける非ゼロの弱痕跡は、対応する振幅寄与がゼロでないことを示すにとどまり、光子が物理的にそれらに存在したことを示すわけではない。
• EおよびFにおけるゼロの弱痕跡は、経路E→A→FおよびE→B→Fの振幅が絶対値は等しく符号が反対であることを示し、これはインターオンファーマー設計に明示的に組み込まれた条件である。
• BS1–BS2 の腕を遮断すると、AおよびBの検出器からの信号が消失し、それらの信号がネストされたループ内の光子の振幅に依存していることが証明される。これは、光子がそれらに進入しなかったという主張を矛盾させる。
• EおよびFにおける微小な漏れ信号は無視できない。これらはAおよびBの強信号の発生に不可欠であり、それらが存在しないと観測結果が無効になる。
• 光子が入出しなくてもネストされたインターオンファーマーに「存在した」とする主張は物理的に正当化されておらず、フェファインマンの警告に反する標準量子力学に反する。