[논문 리뷰] The hidden assumptions of Frauchiger and Renner

Anthony Sudbery|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 30.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 15인용 수 21

한 줄 요약

이 논문은 프라우히거와 레너가 양자역학이 자신의 사용을 일관적으로 묘사할 수 없다고 주장하는 데 도전하며, 그들이 주장하는 모순이 추가적인 비정당한 가정에 의존하고 있음을 보여준다. 저자는 세 가지 핵심 가정(Q, C, S) 외에 일곱 가지 숨겨진 가정을 밝혀내어, 각 가정이 최소한 한 가지 양자역학 해석에서 유효하지 않음을 입증함으로써 논의의 보편성을 뿌리채 허물고, 다양한 해석 간에도 양자역학의 자기일관성을 유지함을 보여준다.

ABSTRACT

This note is a critical examination of the argument of Frauchiger and Renner (Nature Communications 9:3711 (2018)), in which they claim to show that three reasonable assumptions about the use of quantum mechanics jointly lead to a contradiction. It is shown that further assumptions are needed to establish the contradiction, and that each of these assumptions is invalid in some version of quantum mechanics.

연구 동기 및 목표

• 프라우히거와 레너가 양자역학이 자신의 사용을 일관되게 묘사할 수 없다고 주장하는 논거를 비판적으로 검토하는 것.
• 가장 중심적인 세 가지 가정(Q, C, S) 외에 유도된 가짜 모순을 위해 필요한 추가 가정들을 식별하고 분석하는 것.
• 코펜하겐, 다중세계, QBism, 브라운 운동역학 등 다양한 양자역학 해석에서 이러한 숨겨진 가정들의 타당성을 평가하는 것.
• 어떤 해석도 자기측정 시나리오에서 양자역학의 일관성을 기각하도록 강요당하지 않음을 입증함으로써, 일관성 결여 주장에 반박하는 것.

제안 방법

• FR 논증의 논리적 단계를 분해함으로써 확장된 위그너의 친구 Gedankenexperiment(EWF)를 분석한다.
• FR의 주장에 기반한 모순을 유도하기 위해 필요한 일곱 가지 추가 가정(P, U, T, L, M, R, N)을 식별하고 라벨링한다. 이는 그들이 명시한 가정(Q, C, S)을 초월한다.
• 코펜하겐, 붕괴 이론, 벨-브롬, 다중세계, QBism 등의 다양한 양자역학 해석에서 각 숨겨진 가정의 타당성을 평가한다.
• 비교 표를 활용하여 각 해석에서 어떤 가정이 충족되거나 위반되는지 매핑함으로써, 어떤 해석도 (C)를 기각하도록 강요당하지 않으며, 최소한 하나의 숨겨진 가정을 위반하는 경우에 한해 그러한 기각이 발생함을 드러낸다.
• 논리적 및 해석적 분석을 통해 FR 논증의 모순이 (Q), (C), (S)만으로 발생하는 것이 아니라, 이러한 추가적인 맥락에 의존하는 가정들과의 조합에서 기인함을 입증한다.
• 기록의 불가역성(M), 국소성(L), 측정 결과의 확정성(T)이 에이전트들이 자신의 측정 결과뿐 아니라 타인의 측정 결과에 대해 추론할 수 있는지 여부를 결정하는 데서 수행하는 역할을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 프라우히거-레너 논증에서 유도된 모순을 도출하기 위해 중심 가정(Q, C, S) 외에 추가로 필요한 가정은 무엇인가?
• RQ2 코펜하겐, 다중세계, QBism, 브라운 운동역학 등 다양한 양자역학 해석에서 이러한 숨겨진 가정(P, U, T, L, M, R, N)은 유효한가, 아니면 비유효한가?
• RQ3 이러한 숨겨진 가정이 존재하는 상황에서, 어떤 양자역학 해석도 중심 가정(Q, C, S)을 일관되게 유지할 수 있는가?
• RQ4 숨겨진 가정들 중 일부가 위반되는가(예: 벨-브롬 이론에서 국소성, 붕괴 이론에서 기록의 불가역성), 이는 양자역학의 자기 묘사 일관성을 허용하는가?
• RQ5 ‘양자역학은 자신의 사용을 일관되게 묘사할 수 없다’는 주장은 논리적으로 타당한가, 아니면 보편적으로 성립하지 않는 가정에 의존하는가?

주요 결과

• 프라우히거와 레너가 도출한 모순은 그들이 명시한 세 가지 중심 가정(Q, C, S) 외에 일곱 가지 추가 가정에 의존하며, 이는 명시되지 않았고 정당화되지도 않았다.
• 가정(P): 준비자가 자신이 준비한 상태에 확신을 가진다는 것. 이는 다중세계나 QBism와 같은 해석에서는 일반적으로 유효하지 않으며, 준비가 명확한 사건이 아니기 때문이다.
• 가정(U): 에이전트들이 다른 에이전트를 양자 시스템으로 간주하여 양자역학을 적용할 수 있다는 것. 이는 코펜하겐과 QBism 해석에서는 실패한다. 왜냐하면 측정 결과가 고전적이며 초위상화될 수 없기 때문이다.
• 가정(T): 결과가 없음을 의미하는 것이 확정적인 대안이 있다는 것. 이는 다중세계나 상대 상태 이론에서는 실패한다. 왜냐하면 외부 관찰자에게 측정 결과가 명확하지 않기 때문이다.
• 가정(L): 상태 진화의 국소성. 이는 벨-브롬 이론과 코펜하겐의 투영 가정에 의해 위반되지만, FR Gedankenexperiment의 특정 역사에서는 여전히 만족될 수 있다.
• 가정(M): 기억 상태가 불가역적이라는 것. 이는 붕괴 이론과 다중세계 이론에서 에이전트가 큐비트로 모델링될 경우 위반되지만, 코펜하겐과 일관성 있는 역사 해석에서는 성립한다.