[논문 리뷰] On the Possibility of Ontological Models of Quantum Mechanics

Daniel J Miller, Matt Farr|arXiv (Cornell University)|2014. 05. 12.

Quantum Mechanics and Applications인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 양자 시스템의 부분집합 집합이 얽힘 측정 이전에도 얽힘을 보이며, 이를 '사전 얽힘(pre-entanglement)'이라 명명한다. 이는 온티크 수준에서 준비 독립성의 가정을 도전한다. 개별 시스템이 측정 이전에 명확한 양자 상태를 가질 수 없다는 것을 보여줌으로써, 상태가 오직 집합에만 할당되는 온톨로지 모델을 지지한다.

ABSTRACT

We consider an experiment in which quantum tomography data is collected before and after an entangling measurement performed on two independently prepared, maximally-mixed ensembles. We show that each sub-ensemble that is, as expected, entangled after the measurement is also entangled before it. We call the latter pre-entanglement. If individual systems possessed quantum states, their independent preparations would mean the sub-ensembles were in separable states prior to the entanglement event. The contradiction can be resolved by assigning states only to ensembles and not individual quantum systems. Pre-entanglement found here at the quantum level makes very doubtful the assumption of preparation independence at the ontic level required for a recent theorem.

연구 동기 및 목표

• 양자 시스템이 얽힘 측정 이전에 명확한 온티크 상태를 가질 수 있는지 조사하기.
• 양자역학의 온톨로지 모델에서 준비 독립성의 가정을 도전하기.
• 사전 얽힘의 함의를 온톨로지 수준에서의 양자 상태 성격에 대해 탐색하기.
• 측정 후 관측된 얽힘을 고려할 때, 개별 양자 시스템이 측정 이전에 명확한 상태를 할당받을 수 있는지 평가하기.
• 양자 상태가 오직 집합에만 온톨로지적으로 할당되는 프레임워크를 제안하기.

제안 방법

• 얽힘 측정 이전과 이후에 독립적으로 준비된 최대 혼합 집합 두 개에 대해 양자 토모그래피 실험을 수행하기.
• 측정 이후의 부분집합을 분석하여 얽힘 여부를 확인하고, 이후로 그들의 측정 이전 상태를 역으로 평가하기.
• 양자 상태 토모그래피를 적용하여 얇힘 상호작용 이전과 이후의 부분집합의 밀도 행렬을 결정하기.
• 결과를 바탕으로 측정 이전 단계에서의 양자 상태 온톨로지 상태를 추론하기.
• 관측된 사전 얽힘과 일치하는 개별 시스템 상태 할당의 일관성 평가하기.
• 준비 독립성을 온티크 수준에서 거부함으로써 온톨로지 모델에 대한 함의 유도하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 얽힘 측정 이전에 부분집합이 얽힐 수 있는가?
• RQ2 그들의 집합이 측정 이후에 얽힘 상태로 발견된다면, 개별 양자 시스템이 측정 이전에 명확한 온티크 상태를 가질 수 있는가?
• RQ3 양자역학의 온톨로지 모델에서 준비 독립성의 가정은 타당한가?
• RQ4 사전 얽힘은 개별 시스템에 양자 상태 할당에 어떤 함의를 지닌다?
• RQ5 개별 시스템에 상태를 할당하지 않는 한에서 일관된 양자역학의 온톨로지 모델을 구성할 수 있는가?

주요 결과

• 얽힘 측정 이후에 얽힘 상태로 나타나는 부분집합은 측정 이전에도 얽힘 상태임이 확인되었으며, 이를 '사전 얽힘(pre-entanglement)'이라 한다.
• 사전 얽힘의 존재는 독립적으로 준비된 시스템이 측정 이전에 분리 상태여야 한다는 가정과 모순된다.
• 이 모순은 개별 양자 시스템이 측정 이전에 명확한 양자 상태를 가질 수 없다는 것을 시사한다.
• 결과는 양자 상태가 온톨로지적으로 오직 집합에만 할당되며, 개별 시스템에는 할당되지 않는다는 견해를 지지한다.
• 이러한 발견은 최근 온톨로지 모델 이론에서 준비 독립성의 유효성을 온티크 수준에서 도전한다.
• 사전 얽힘은 양자역학의 준비 독립적 온톨로지 모델의 가능성을 훼손한다.