[논문 리뷰] Quantum Nonlocality: Myth and Reality

Robert B. Griffiths|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 21.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 34인용 수 11

한 줄 요약

논문은 힐버트 공간 체계 내에서 철저히 분석할 경우 양자역학이 본질적으로 국소적임을 주장하며, 벨 부등식 위반에 기반한 비국소성 주장에 반박한다. 이는 실질적인 물리적 비국소적 영향이 아니라, 벨 유형 유도에서의 고전적 가정이 비국소성의 외관을 만들어내며, 일관된 역사와 양자 확률을 통해 국소적 공통 원인으로서 양자 상관관계를 설명할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

It is shown that when properly analyzed using principles consistent with the use of a Hilbert space to describe microscopic properties, quantum mechanics is a local theory: one system cannot influence another system with which it does not interact. Claims to the contrary based on quantum violations of Bell inequalities are shown to be incorrect. A specific example traces a violation of the CHSH Bell inequality in the case of a spin-3/2 particle to the noncommutation of certain quantum operators in a situation where (non)locality is not an issue. A consistent histories analysis of what quantum measurements measure, in terms of quantum properties, is used to identify the basic problem with derivations of Bell inequalities: the use of classical concepts (hidden variables) rather than a probabilistic structure appropriate to the quantum domain. A difficulty with the original Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) argument for the incompleteness of quantum mechanics is the use of a counterfactual argument which is not valid if one assumes that Hilbert-space quantum mechanics is complete; locality is not an issue. The quantum correlations that violate Bell inequalities can be understood using local quantum common causes. Wavefunction collapse and Schr\odinger steering are calculational procedures, not physical processes. A general Principle of Einstein Locality rules out nonlocal influences between noninteracting quantum systems. Some suggestions are made for changes in terminology that could clarify discussions of quantum foundations and be less confusing to students.

연구 동기 및 목표

• 양자 벨 부등식 위반은 비국소성을 암시한다는 광범위한 해석에 도전하기 위해.
• 힐베르트 공간 체계 내에서 일관되게 분석할 경우 양자역학이 여전히 국소적임을 입증하기 위해.
• 벨 부등식 유도의 기초적 오류를 규명하기 위해: 고전적 은닉 변수를 양자 확률 구조로 대체하는 것.
• 파동함수 붕괴와 슈뢰딩거의 조종이 물리적 과정이 아니라 계산 도구임을 명확히 하기 위해.
• 양자 기초 이론 논의에서 혼동을 줄이기 위한 용어 변경을 제안하기 위해.

제안 방법

• 스핀-3/2 시스템에서의 CHSH 부등식 위반을 분석하여, 비국소성이 관여되어 있지 않음을 보여주되, 연산자 비교환성은 존재함을 확인한다.
• 일관된 역사 해석을 적용하여 양자 측정이 실제로 무엇을 측정하는지 양자 성질 측면에서 명확히 한다.
• 양자 확률과 힐베르트 공간 구조를 사용하여, 벨 유형 유도에서 고전적 후행적 추론을 대체한다.
• 벨 부등식을 위반하는 양자 상관관계는 국소적 공통 원인으로 설명될 수 있음을 보여준다.
• 아인슈타인 국소성 원리를 적용하여, 상호작용하지 않는 시스템 간의 비국소적 영향을 배제한다.
• 파동함수 붕괴와 슈뢰딩거의 조종을 물리적 과정이 아니라 형식적 절차로 재해석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양자 벨 부등식 위반은 비국소성을 도입하지 않고 설명될 수 있는가?
• RQ2 왜 벨 부등식 유도가 잘못된 방식으로 비국소성을 암시하는가?
• RQ3 은닉 변수와 같은 고전적 개념이 양자 비국소성 해석을 왜곡하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 일관된 역사 해석은 양자 측정과 상관관계에 대한 모호함을 어떻게 해결하는가?
• RQ5 파동함수 붕괴와 슈뢰딩거의 조종의 올바른 물리적 해석은 무엇인가?

주요 결과

• 힐베르트 공간 체계 내에서 철저히 분석할 경우 양자역학은 본질적으로 국소적이며, 상호작용하지 않는 시스템 간에 실제 물리적 비국소적 영향이 존재하지 않는다.
• 스핀-3/2 시스템에서의 CHSH 부등식 위반은 비국소성 때문이 아니라 연산자 비교환성 때문이며, 비국소성이 무의미한 맥락에서 발생한다.
• 벨 부등식 유도의 실패 원인은 고전적 후행적 추론과 은닉 변수에 의존하기 때문이며, 이는 양자역학에서는 적용 불가능하다.
• 벨 부등식을 위반하는 양자 상관관계는 국소적 공통 원인으로 설명될 수 있으며, 이는 국소성을 유지한다.
• 파동함수 붕괴와 슈뢰딩거의 조종은 물리적 과정이 아니라 계산 도구이며, 실질적인 동역학적 영향으로 해석되어서는 안 된다.
• 아인슈타인 국소성 원리와 양자 확률 구조를 도입함으로써 양자 기초 이론에서의 비국소성 역설이 해결된다.