[论文解读] How come the Correlations?

Nicolas Gisin|ArXiv.org|Mar 1, 2005

Quantum Mechanics and Applications被引用 5

一句话总结

本文研究了时空分离测量中量子关联的根本性质，认为它们无法通过预先存在的共同原因或经典通信来解释。以贝尔定理为基础，Gisin 表明，量子纠缠产生了违背经典因果性的非定域关联，挑战了由局域实在性支配的完全确定性宇宙的观念。

ABSTRACT

In relativity there is space-time out there. In quantum mechanics there is entanglement. Entanglement manifests itself by producing correlations between classical events (e.g. the firing of some detectors) at any two space-time locations. If the locations are time-like separated, i.e. one is in the future of the other, then there is no specific difficulty to understand the correlations. But if the two locations are space-like separated, the problem is different. How can the two space-time locations out there know about what happens in each other without any sort of communication? If space-time really exists, the locations must do something like communicating. Or it was all set up at the Beginning. But the correlations depend also on the free choice of the experimentalists, one in each space-time location. This allowed John Bell to derive his inequality and the experimentalists to violate it, thus refuting the assumption that it was all set up at the beginning: the Correlations can't be explained by common causes.

研究动机与目标

• 解决空间分离的量子测量如何产生强烈非定域关联这一基础性难题。
• 挑战经典假设，即关联源于预先存在的共同原因或遥远事件之间的信号传递。
• 强化由贝尔不等式及其实验违反所表明的结论：量子力学违背局域实在性。
• 在相对论和时空本质的背景下，探讨量子非定域性的哲学含义。
• 论证实验者对测量设置的自由选择，排除了定域隐变量理论作为量子关联解释的可能性。

提出的方法

• 从相对论时空中的时空分离测量事件的角度分析量子纠缠。
• 应用贝尔定理，表明遥远测量之间的关联无法通过局域隐变量解释。
• 利用贝尔不等式的违反作为反对预先确定的共同原因的实证证据。
• 考虑测量设置中自由意志的作用，表明关联依赖于在时空分离处所作的选择。
• 在相对论框架下考察非定域性的含义，其中经典信号无法在时空分离点之间传播。
• 主张唯一一致的解释是量子系统通过非定域关联联系在一起，而非通过通信，而是通过内在的量子纠缠。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何时空分离的量子测量会产生违反贝尔不等式的关联？
• RQ2 为何这些关联无法通过预先存在的共同原因或定域隐变量来解释？
• RQ3 贝尔不等式的违反对现实本质和局域因果性意味着什么？
• RQ4 实验者对测量设置的自由选择如何排除量子关联的定域模型？
• RQ5 量子非定域性对我们理解时空和相对论有何影响？

主要发现

• 时空分离事件之间的量子关联无法通过任何局域隐变量理论或预先存在的共同原因来解释。
• 实验中贝尔不等式的违反排除了结果在粒子产生时即被预先确定的定域模型。
• 关联依赖于测量设置的自由选择，这种选择无法通过任一位置对另一位置的因果影响来解释。
• 量子力学中的非定域性是一种基本特征，而非遥远事件之间信号或通信的结果。
• 相对论中的时空结构不允许经典通信在时空分离点之间发生，但量子力学仍能产生强烈的关联。
• 唯一一致的解释是量子纠缠产生了内在的非定域关联，这些关联是量子态的本质属性，而非通过信号介导。