[논문 리뷰] Consistency in the description of quantum measurement: Quantum theory can consistently describe the use of itself

Joseph M. Renes|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 05.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 37인용 수 33

한 줄 요약

이 논문은 표준 양자 이론에 두 가지 규칙을 추가하여 역학이 언제 측정으로 간주될 수 있는지 파악하고, 여러 관찰자의 설명을 일관되게 다룰 수 있는 시점을 결정함으로써 Frauchiger–Renner 역설을 해결한다.

ABSTRACT

Recent extended formulations of the Wigner's friend thought experiment throw the measurement problem of quantum mechanics into sharper relief. Here I respond to an invitation by Renner to provide a consistent and concrete set of rules for quantum mechanics which can avoid the apparent paradox formulated by Frauchiger and Renner [Nat. Comm. 9, 3711 (2018)]. I propose a slight addition to standard textbook quantum mechanics, in the form of two rules, which avoids the paradox. The first specifies when a given quantum dynamics can be interpreted as a measurement. Potentially any dynamics can, but doing so depends on the context of other performed operations. The second requires that a joint context be used to determine whether several different dynamical evolutions can all be interpreted as measurement. The paradox is then avoided because not every participant in the Frauchiger-Renner thought experiment regards the stated dynamical descriptions of the experiment as measurements.

연구 동기 및 목표

• Wigner’s friend의 확장된 형식과 FR 역설을 통해 측정 문제를 동기부여하고 다룬다.
• 어떤 동적 진화가 측정으로 해석될 수 있는지 결정하는 정확한 규칙을 제안한다.
• 일관성을 유지하기 위해 여러 이소메트리들을 측정으로 결합하는 맥락 기반 규칙을 도입한다.
• 이러한 규칙이 단일성 설명을 포기하지 않고도 역설을 깨는 방법을 보여준다.
• 양자 기초의 기존 해석 및 접근 방식과의 연결을 논의한다.

제안 방법

• 파싱 규칙을 형식화하여 어떤 이소메트리(isometry)가 주어진 맥락에서 POVM 측정으로 이해될 수 있는지 식별한다.
• 관측 가능한 측정의 교환성을 보장하기 위해 여러 이소메트리를 함께 고려해야 한다는 맥락 규칙을 부과한다.
• 양자 지우개를 포함한 예제를 통해 특정 서술이 호환 가능한 맥락에서만 측정으로 간주된다는 것을 보여준다.
• 확장된 Wigner의 친구 시나리오에 규칙을 적용하여 역설이 피할 수 있음을 보인다.
• 규칙이 일관된 역사와 관계적/네오-코펜하겐 해석 같은 기존 프레임워크와 어떻게 관련되는지 논의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모든 동적 진화를 측정으로 해석할 수 있는가, 그리고 맥락이 이 해석을 어떻게 제약하는가?
• RQ2 여러 관찰자의 설명을 일관된 측정 및 추론 집합으로 형성하려면 어떻게 결합해야 하는가?
• RQ3 여러 잠재적 측정에 대해 공동 맥락을 강제하는 것이 FR 유사 모순을 방지하는가?
• RQ4 이 규칙들이 알려진 양자 지우개 현상 및 Wigner’s friend 설정과 어떻게 상호 작용하는가?
• RQ5 맥락 의존적이고 절대적이지 않은 측정을 인정하는 것의 더 넓은 해석론적 함의는 무엇인가?

주요 결과

• 파싱 규칙은 대응되는 관측가능한 측정이 존재하고 측정 후 연산들이 서로 교환 가능할 때에만 dynamics를 측정으로 읽도록 허용한다.
• 맥락 규칙은 모든 고려된 이소메트리들이 공동 맥락에서만 측정으로 파싱되도록 하여 관찰 가능한들의 대수적 교환성을 보장한다.
• Wigner’s friend와 양자 지우개에 규칙을 적용하면 특정 동적 서술이 모든 맥락에서 측정으로 간주되지 않으므로 역설적 추론을 피할 수 있음을 보여준다.
• 확장된 FR 시나리오에서 Bob은 Wigner의 측정 맥락에서 특정 이소메트리들이 그의 측정을 묘사한다고 보지 못하게 되어 역설로 이어지는 추론의 연쇄를 끊는다.
• 이 접근 방법은 유니타리한 서술을 보존하면서 절대적이고 맥락- 독립적인 측정을 피하고 관계적이거나 맥락 기반의 이해로 논의를 이동시킨다.