[論文レビュー] Why Bohr was (Mostly) Right

Jeffrey Bub|arXiv (Cornell University)|Nov 5, 2017

Quantum Mechanics and Applications参考文献 5被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、フロウイヒッガー＝レナーの『ノー定理』に対する一貫した解決策として、ニールス・ボーアの補完性解釈を擁護する。単一世界の量子力学は、測定結果を巨視的レベルでの明確な出来事として扱うならば、自己整合的である可能性がある。実際に巨視的観測者であるアリスとボブの観点と、仮想の超観測者（全系に対して超観測量XとYを測定する）の観点を区別することで、論文は、矛盾が生じるのは、互いに不適合な測定状況において量子形式主義を一貫しないように適用しているからであり、ボーアの枠組み自体に論理的不整合があるわけではないことを示している。

ABSTRACT

After a discussion of the Frauchiger-Renner argument that no 'single- world' interpretation of quantum mechanics can be self-consistent, I propose a 'Bohrian' alternative to many-worlds or QBism as the rational option.

研究の動機と目的

• フロウイヒッガー＝レナーの『ノー定理』を解決すること。この定理は、単一世界解釈の量子力学が自己整合的であることはできないと主張している。
• ボーアの補完性解釈が、多世界解釈やQBismとは対照的に、一貫した、曖昧でない代替案を提供することを主張すること。
• 量子力学は、明確な測定結果を経験する巨視的観測者の視点からのみ一貫して適用可能であることを明確にすること。
• フロウイヒッガー＝レナーの議論における矛盾が、基礎的な欠陥ではなく、不適合な測定状況を混同していることによるものであることを示すこと。
• 崩壊仮説が物理的失敗ではなく、観測された結果に基づいて状態を条件づけるものであり、物理的過程ではないという考えを擁護すること。

提案手法

• 超観測者（全系に対して超観測量XとYを測定する）の視点から、状態 |ψ⟩ = 1/√3(|h⟩_A|0⟩_B + |t⟩_A|0⟩_B + |t⟩_A|1⟩_B) をユニタリ発展で記述する。
• 同じ状態を別の基底で表現する：|ψ⟩ = 1/√12(|ok⟩_A|ok⟩_B − |ok⟩_A|fail⟩_B + |fail⟩_A|ok⟩_B + √(3/4)|fail⟩_A|fail⟩_B) とし、非自明な干渉を示す。
• ボーアの補完性の原理を適用する：A/Bを測定するのとX/Yを測定するのとは、互いに排他的なブールフレームを定義し、それぞれの測定状況では一つのフレームのみが有効である。
• 崩壊は物理的過程ではなく、巨視的観測者が明確な結果を観測した後に状態を条件づけるものであると主張する。
• ユニタリティが特定のスケールで破れるべきだという考えを否定する。代わりにユニタリティは普遍的であり、ある状況では、唯一の観測者の視点が物理的に現実である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フロウイヒッガー＝レナーの議論を踏まえて、単一世界解釈の量子力学は自己整合的であると言えるか？
• RQ2 観測者の視点が、量子状態の割り当ての妥当性を決定する役割を果たすとは何か？
• RQ3 ユニタリティや実在論を放棄せずに、量子測定における表面上の矛盾をどのように解消できるか？
• RQ4 なぜフロウイヒッガー＝レナーの議論は、単一世界解釈を排除できないのか？
• RQ5 補完性とブールフレームの観点から、量子測定結果の正しい解釈とは何か？

主な発見

• フロウイヒッガー＝レナーの議論が矛盾を引き起こすのは、巨視的観測者の測定結果と超観測者の超観測量を、同時に有効であるとみなす不適合な測定状況を扱っているからである。
• 超観測者が {ok, ok} を測定する確率は、系がエンタングル状態にあるとき1/12であるが、これは巨視的観測者の見解と矛盾しない。なぜなら、超観測者はアリスとボブの明確な結果を観測していないからである。
• 巨視的観測者の視点から見れば、状態は |h⟩_A|0⟩_B、|t⟩_A|0⟩_B、|t⟩_A|1⟩_B のいずれかの積状態に崩壊し、それぞれ等確率である。この状態はユニタリ発展と整合的である。
• 異なる測定状況（A/B と X/Y）が不適合なブールフレームを定義しており、物理的状況ごとに一つのフレームしか適用できないことを認識すれば、表面的な矛盾は消える。
• 論文は、ボーアの補完性解釈が、多世界解釈や主観ベイジアン主義を避けるために、一貫した曖昧でない基礎を提供することを結論づける。
• 崩壊仮説は物理的過程ではなく、観測された巨視的出来事に基づく条件づけの更新である。これは形式的体系と整合的であり、ユニタリティに反しない。