[논문 리뷰] Assessing Relational Quantum Mechanics

R. Muciño, Elias Okon외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 05. 27.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 32인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 절대 상태를 관찰자에 따라 달라지는 상태로 대체하는 양자역학의 관계적 해석인 관계적 양자역학(Relational Quantum Mechanics, RQM)을 비판적으로 평가한다. 저자들은 RQM이 양자역학의 기초적 문제를 해결하지 못하고, 관찰자 간 정보 교환을 일관되게 설명하지 못하며, EPR 유형의 상관관계에서 비국소성을 제거하지 못한다고 주장한다. 결론적으로 RQM은 양자 현실에 대한 일관된 이해를 제공하지 못했다고 판단한다.

ABSTRACT

Relational Quantum Mechanics (RQM) is an interpretation of quantum theory based on the idea of abolishing the notion of absolute states of systems, in favor of states of systems relative to other systems. Such a move is claimed to solve the conceptual problems of standard quantum mechanics. Moreover, RQM has been argued to account for all quantum correlations without invoking non-local effects and, in spite of embracing a fully relational stance, to successfully explain how different observers exchange information. In this work, we carry out a thorough assessment of RQM and its purported achievements. We find that it fails to address the conceptual problems of standard quantum mechanics--related to the lack of clarity in its ontology and the rules that govern its behavior--and that it leads to serious conceptual problems of its own. We also uncover as unwarranted the claims that RQM can correctly explain information exchange among observers, and that it accommodates all quantum correlations without invoking non-local influences. We conclude that RQM is unsuccessful in its attempt to provide a satisfactory understanding of the quantum world.

연구 동기 및 목표

• 표준 양자역학의 개념적 문제, 특히 측정 문제와 실재론적 모호성 문제를 RQM이 성공적으로 해결하는지 평가하는 것.
• 특정 관찰자나 고전적 통신에 의존하지 않고도 관찰자 간 정보 교환을 일관되게 설명할 수 있는지 RQM이 이를 충족하는지 검토하는 것.
• RQM의 주장을 검증하기 위해, 비국소적 영향을 도입하지 않고도 모든 양자 상관관계를 설명할 수 있는지, 특히 EPR 유형의 시나리오에서 그러한 설명이 가능한지 테스트하는 것.
• RQM의 관계적 실재물(relational beables)과 국소성 정의가 엔트로피된 시스템에서 국소성을 유지하는 데 일관되고 충분한지 평가하는 것.
• 표준 양자역학의 문제를 해결하고자 하는 尝시도에서 새로운 개념적 문제를 야기하지 않는지, RQM이 그러한 문제를 피하는지 판단하는 것.

제안 방법

• 모든 시스템에 대해 양자역학이 보편적으로 적용된다는 원리, 절대 상태의 부재, 상태의 관계적 성격을 포함한 RQM의 핵심 원리 재구성 분석을 통해 RQM을 분석하는 것.
• 관찰자에 따라 다른 기술이 가능한 Wigner의 친구 thought experiment에 RQM를 적용하여, 관찰자에 의존하는 기술의 처리 방식과 다양한 관점 간 일관성 여부를 평가하는 것.
• Rovelli와 Smerlak의 관계적 국소성 정의를 사용하여 EPR-Bell 시나리오를 분석함으로써, RQM이 비국소성을 피한다는 주장을 평가하는 것.
• RQM 틀 안에서 공통 원인 설명(결정론적 또는 비결정론적)이 EPR 상관관계를 설명할 수 있다는 주장을 도전하는 것.
• 특히 시공간적으로 분리된 측정에서 벨의 국소성 기준과의 호환성과 관련하여 관계적 실재물의 역할과 그 타당성을 평가하는 것.
• RQM에 관한 이전 문헌, 비판 및 방어 논의를 검토하여 본 논문의 주장이 양자 기초 이론 분야의 논의 맥락에서 어떻게 위치되는지 파악하는 것.

Figure 1: According to Bell’s principle of local causality, a theory is local if $P(b_{\chi}|\lambda_{\sigma})=P(b_{\chi}|\lambda_{\sigma},b_{\xi})$ .

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RQM은 표준 양자역학의 기초적 문제를 새로운 개념적 모순을 야기하지 않고 진정으로 해결할 수 있는가?
• RQ2 RQM은 다수의 관찰자가 서로 다른 시각을 가진 상황에서 관찰자 간 정보 교환을 얼마나 잘 일관되게 기술할 수 있는가?
• RQ3 RQM의 주장처럼 비국소적 영향을 도입하지 않고도 EPR 유형 실험에서의 양자 상관관계를 성공적으로 설명할 수 있는가?
• RQ4 RQM의 관계적 국소성 정의는 특히 비결정론적 맥락에서 벨의 국소성 기준과 호환되는가?
• RQ5 RQM의 관계적 실재물은 물리적 상관관계를 잘 정의된 국소적이고 객관적인 기초로 제공하는가, 아니면 혼란스럽거나 비국소성을 야기하는가?

주요 결과

• RQM은 표준 양자역학의 기초적 문제를 해결하지 못한다. 특히 실재론적 명확성의 부족과 상태 진화 규칙의 모호성 문제를 해결하지 못한다.
• 관계적 틀은 관찰자 의존성 문제를 제거하지 못한다. 오히려 관찰자 간 기술을 비교할 때의 비일관성과 같은 새로운 개념적 문제를 야기한다.
• RQM이 관찰자 간 일관된 정보 교환을 가능하게 한다는 주장은 정당하지 않다. 관찰자 간 기술을 관찰자 독립적인 방식으로 조율할 수 있는 메커니즘이 전혀 제공되지 않았기 때문이다.
• RQM은 EPR 상관관계에서 비국소성을 성공적으로 피하지 못한다. 심지어 RQM 자체의 국소성 정의 하에서도 이러한 상관관계는 국소적 공통 원인으로는 설명될 수 없으며, 이는 국소성 주장과 모순된다.
• RQM 내에서 비국소성을 결정론적 요인으로 환원할 수 있다는 주장은 잘못되었으며, 벨의 정리에 의해 국소적 공통 원인(결정론적 또는 비결정론적)이 EPR 유형 상관관계를 설명할 수 없음을 입증한다.
• RQM의 관계적 실재물은 국소성을 유지하는 데 충분하지 않으며, 이론은 궁극적으로 양자 얽힘을 완전히 국소적으로 설명하지 못해 핵심 주장을 위반한다.