[論文レビュー] True Collapse and False Collapse

Philip Pearle|ArXiv.org|May 17, 1998

Quantum Mechanics and Applications被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、標準量子理論が物理的出来事とそれらが発生する条件を記述できないため、不完全であると主張している。連続的自己局在化（CSL）モデルにおける「真の崩壊」（True Collapse）—個々の状態ベクトルが動的に崩壊するもの—と、デコherenceに基づくアプローチにおける「偽の崩壊」（False Collapse）—状態行列のみが変化し、真の出来事の縮小が行われないもの—を対比し、測定結果を説明するのに唯一真の崩壊が満足できる説明を提供することを結論づけている。

ABSTRACT

We emphasize that standard quantum theory (SQT) is incomplete because it doesn't describe what is experimentally observed, namely events, nor does it satisfactorily define the circumstances under which events may occur. Simple models are given (all of which have the same density matrix evolution) to illustrate schemes which claim to complete SQT. It is shown how the model based upon the Continuous Spontaneous Localization (CSL) theory, in which an individual statevector undergoes "True Collapse," gives a satisfactory description of events. It is argued that various "decoherence" based approaches, illustrated by models in which a density matrix undergoes "False Collapse," do not satisfactorily resolve these problems of SQT.

研究の動機と目的

• 標準量子理論が物理的出来事と測定結果を記述する点で根本的に不完全であることを特定すること。
• 真の状態ベクトルの崩壊（真の崩壊）と、デコherenceによる見かけ上の縮小（偽の崩壊）の違いを明確にすること。
• 真の崩壊を有するモデル、たとえばCSLのように、のみが明確に定義された測定出来事の発生を一貫して記述できることを示すこと。
• デコherenceに基づくアプローチが、状態行列の時間発展は類似しているものの、測定問題を解決していないことへの批判。
• 実験的妥当性を確保するため、標準量子理論の完成として動的崩壊モデルを必要不可欠とする主張。

提案手法

• 同じ状態行列の時間発展を示す簡単な量子モデルを構築し、状態の縮小の解釈の違いを比較する。
• 連続的自己局在化（CSL）モデルを、個々の状態ベクトルが確率的・自発的に局在化する真の崩壊の実現例として分析する。
• CSLの動的状態ベクトルの崩壊と、非対角成分を抑制するだけで実際の縮小を行わないデコherenceプロセスを対比する。
• 状態行列の時間発展を共通のベンチマークとして用い、異なる物理的メカニズムが同じ数学的結果をもたらすことを示す。
• 思考実験とモデル系を用いて、真の崩壊と偽の崩壊の物理的および解釈的差異を説明する。
• 各アプローチが実際に測定出来事を記述するにあたり、物理的妥当性と実験的妥当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ標準量子理論は物理的出来事と測定結果を記述するのに不十分なのか？
• RQ2 量子測定モデルにおいて、真の崩壊と偽の崩壊の違いは何か？
• RQ3 デコherenceに基づくアプローチは、測定問題を本質的に解決できるのか、それとも単に模倣しているだけなのか？
• RQ4 CSLモデルは、状態の縮小について物理的に一貫的かつ実験的に妥当な記述を提供できるか？
• RQ5 どのような条件下で、モデルが量子測定の完全理論と見なせるか？

主な発見

• 標準量子理論は、明確な測定出来事の発生を記述していないため、不完全である。
• CSLモデルは真の崩壊を実現しており、個々の状態ベクトルが確率的・自発的に局在化する動的メカニズムを提供する。
• デコherenceに基づくアプローチは「偽の崩壊」を生じる—エンタングルメントによって量子干渉を抑制するが、状態ベクトル自体は縮小せず、重ね合わせ状態はそのままである。
• 同じ状態行列の時間発展を示しても、真の崩壊と偽の崩壊のモデルは、測定結果の物理的記述において根本的に異なる。
• 明確で不可逆的な測定出来事の発生を一貫して説明できるのは、真の崩壊を有するモデル、すなわちCSLのようなモデルに限る。
• 本論文は、デコherenceだけでは測定問題を解決できないと結論づけ、それが実際にいつ・どのように出来事が発生するかを定義していないからである。