[논문 리뷰] Dual of the generalised quantum Cheshire cat

James Q. Quach|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 28.

Quantum Information and Cryptography인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 양자 체서시 고양이(QCC) Paradox를 일반화하여 약한 값 해석의 모호성을 해결한다: 영(0)인 약한 값은 편광이 없음을 의미할 수도 있고 선형 편광을 의미할 수도 있다. 이는 물리적 경로와 환영 경로에서 기인하는 간섭을 포함하는 일반화된 QCC의 이중성을 도입하며, 사전 및 사후 선택된 양자 상태에 의해 수평 편광 간섭기에서 수직 편광 간섭이 발생한다.

ABSTRACT

The quantum Cheshire cat (QCC) thought experiment proposes that a quantum object's property ( extit{e.g} polarisation, spin, etc.) can be separated from its physical body or extit{disembodied}. This conclusion arose from an argument that interprets a zero weak value (WV) of polarisation as no polarisation. We show that this argument is incomplete in the sense that a zero WV reading could equally be interpreted as linear polarisation. Nevertheless, through a generalisation of the QCC, we complete their argument by excluding the possibility of linear polarisation as a consistent interpretation. We go further, and introduce the dual of the generalised QCC. The dual QCC exhibits an intriguing effect, where a horizontally-polarised interferometer with just one arm, can give rise to interference which is vertically-polarised. The interference appears to arise as the result of the phase difference between the physical arm and a extit{phantom} arm. This peculiar effect arises from the interplay between the pre-selected and post-selected states, which characterises WVs. The QCC has not yet been unambiguously experimentally demonstrated. The QCC dual offers an alternative pathway to experimental realisation.

연구 동기 및 목표

• 양자 체서시 고양이 사고 실험에서 약한 값이 0인 경우, 이는 편광이 없음을 의미할 수도 있고 선형 편광을 의미할 수도 있다는 모호성을 해결하기 위해.
• 0인 약한 값의 해석으로서 선형 편광을 일관되게 배제함으로써 양자 체서시 고양이의 논리를 완성하기 위해.
• 물리적 경로와 환영 경로에서 기인하는 간섭을 포함하는 새로운 양자 효과를 보이는 일반화된 QCC의 이중 버전을 제안하기 위해.
• 사전 및 사후 선택된 양자 상태가 비고전적 간섭 효과를 생성하는 데서 수행하는 역할을 탐색하기 위해.
• 양자 체서시 고양이 현상의 실험적 실현을 위한 새로운 길을 제공하기 위해.

제안 방법

• 이중 경로 간섭기 구조에서 편광의 약한 값을 포함하는 원래의 양자 체서시 고양이 프레임워크를 일반화하기 위해.
• 사전 선택 및 사후 선택된 양자 상태를 사용하여 편광의 약한 값을 분석함으로써, 0인 약한 값이 편광의 부재를 의미하는지 선형 편광을 의미하는지 판단하기 위해.
• 물리적 경로가 하나뿐인 수평 편광 간섭기에서 수직 편광 간섭이 발생하는 이중 구성(구성)을 도입하기 위해.
• 간섭이 물리적 경로와 '환영' 경로 사이의 위상 차이에서 기인하는 것으로 모델링하며, 이는 고전적으로 존재하지 않지만 양자적으로 기여한다.
• 약한 값과 사전 및 사후 선택된 상태의 형식을 사용하여, 물리적 수직 경로가 없음에도 관측된 간섭이 수직 편광과 일관됨을 보여주기 위해.
• 효과가 시스템의 초기 및 최종 양자 상태 간의 상호작용에 의해 발생하며, 이는 약한 값을 정의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양자 체서시 고양이에서 편광의 0인 약한 값이 편광의 부재가 아니라 선형 편광으로 일관되게 해석될 수 있는가?
• RQ2 0인 약한 값의 해석으로서 선형 편광을 양자 체서시 고양이 맥락에서 타당한 해석으로 배제할 수 있는가?
• RQ3 일반화된 양자 체서시 고양이의 이중 구성에서 어떤 새로운 양자 효과가 나타나는가?
• RQ4 물리적 경로가 수평 편광뿐인 설정에서 어떻게 수직 편광 간섭이 발생할 수 있는가?
• RQ5 이중 QCC 효과가 원래 현상의 실험적 실현을 위한 타당한 대안이 될 수 있는가?

주요 결과

• 편광의 0인 약한 값은 편광의 부재로만 일관되게 해석될 수 없으며, 동일하게 선형 편광으로도 해석될 수 있다.
• 선형 편광을 0인 약한 값의 일관된 해석으로 배제함으로써 일반화된 양자 체서시 고양이 프레임워크가 완성된다.
• 이중 일반화된 양자 체서시 고양이에서는 간섭이 수평 편광 간섭기임에도 불구하고 수직 편광 간섭을 나타낸다.
• 간섭은 물리적 경로와 고전적으로 존재하지 않는 비물리적 '환영' 경로 사이의 위상 차이에서 기인하며, 사전 및 사후 선택된 상태에 의해 양자적으로 기여한다.
• 이 효과는 사전 선택 및 사후 선택된 양자 상태 간의 상호작용에 의해 직접적으로 발생하며, 이는 약한 값을 정의한다.
• 이중 QCC는 양자 체서시 고양이 효과를 실현하기 위한 새로운, 잠재적으로 실험적으로 접근 가능한 길을 제공한다.