[논문 리뷰] Qubits are not observers -- a no-go theorem

Časlav Brukner|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 07.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 21인용 수 26

한 줄 요약

논문은 관계적 양자 역학(RQM)에서 목표 시스템의 기술이 관찰자에 대한 일반적 지식으로 간주될 수 없음을 보여주는 노고(no-go) 정리를 제시한다. 이는 상대 상태의 기저 의존성 모호성으로 인해 관찰자에 대한 지식으로서의 관측자 중심 서술이 성립하지 않기 때문이다.

ABSTRACT

The relational approach to quantum states asserts that the physical description of quantum systems is always relative to something or someone. In relational quantum mechanics (RQM) it is relative to other quantum systems, in the (neo-)Copenhagen interpretation of quantum theory to measurement contexts, and in QBism to the beliefs of the agents. In contrast to the other two interpretations, in RQM any interaction between two quantum systems counts as a "measurement", and the terms "observer" and "observed system" apply to arbitrary systems. We show, in the form of a no-go theorem, that in RQM the physical description of a system relative to an observer cannot represent knowledge about the observer in the conventional sense of this term. The problem lies in the ambiguity in the choice of the basis with respect to which the relative states are to be defined in RQM. In interpretations of quantum theory where observations play a fundamental role, the problem does not arise because the experimental context defines a preferred basis.

연구 동기 및 목표

• 다른 시스템에 상대적으로 정의되는 관계양자 상태의 정의를 명확히 한다.
• 관찰자에 대한 지식으로서의 관찰자 상대 상태를 해석하는 일관성 제약(노고)을 제시한다.
• 관계 지식의 한계를 결정하는 선호 기저의 역할을 식별하고, 이것이 RQM에 미치는 영향을 설명한다.
• 관측이 어떻게 다루어지는지에 관해 RQM을 neo-Copenhagen 및 QBism과 구별한다.

제안 방법

• 시스템 S와 관찰자 O 간의 이원 얽힘 상태를 분석한다.
• DefRS(Definite Relative State)와 DisRS(Distinct Relative States) 가정을 도입한다.
• 결합 상태 하에서 DefRS와 DisRS가 기저 의존성으로 인해 모순으로 이어진다는 것을 보인다.
• 동일한 결합 상태를 두 가지 서로 다른 기저로 표현하여 선호 기저의 모호성을 드러낸다.
• 선호 기저(예: 거시적 측정 기저)가 모호성을 해소하고 neo-Copenhagen/QBism과의 일치를 가져온다는 것을 보인다.
• 결론적으로 RQM은 상대 상태를 관찰자에 대한 지식으로 일관되게 다룰 수 없습니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RQM에서 정의된 시스템의 상대 상태가 기존의 의미에서 관찰자에 대한 지식으로 해석될 수 있는가?

주요 결과

• DefRS와 DisRS가 양자역학에서 동시에 유효하다고 할 수 없다는 노고 정리가 있다.
• 同 한 결합 상태의 서로 다른 기저 표현은 관찰자 지식이 직교하지 않게 만들어 복제나 무조건적 사용을 방해한다.
• 선호 기저가 없으면 RQM은 다중의 비직교적 관찰자 지식 상태를 허용하여 관찰자에 대한 일반적 지식을 약화시킨다.
• 거시적 측정 맥락에서의 decoherence를 지지하는 선호 기저의 존재는 모순을 피하고 neo-Copenhagen 및 QBism과의 일치를 가져온다.
• 큐비트가 관찰자로 기능하는 것은 지식 및 구별 가능성에 관한 기초 가정을 위반하므로 RQM에서 불가능하다.