[論文レビュー] Observing The Observer

Vlatko Vedral|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2016

Quantum Mechanics and Applications参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、ウィグナーの友人とシュレーディンガーの猫を拡張した量子思考実験を提案し、量子重ね合わせが巨視的観測者に適用されるかどうかを検証する。著者は、人間観測者の測定を含むユニタリ変換を逆転することで、系が初期状態に回復した後でも記録（メモの書き取り）が存続することを示した。これは、波動関数の崩壊が生じなければ測定結果は可逆であり得ることを示し、量子力学における観測の不可逆性という考えに挑戦する。

ABSTRACT

I present a simple variant of the Schrödinger cat meets Wigner's friend thought experiment. If you are shocked by it, you have not understood quantum physics (no words are missing from this sentence).

研究の動機と目的

• 量子力学が普遍的であるかどうか、特に人間のような巨視的観測者にも適用可能かどうかを調査すること。
• 測定結果が根本的に不可逆ではないという仮説を検証し、波動関数の崩壊の考えに挑戦すること。
• 観測記録（たとえばメモの書き取り）が、観測者の記憶が消去された後でもユニタリ逆転の後でも存続することを示すこと。
• 解釈の好みではなく、実験的可逆性に基づいて量子力学の解釈を区別するフレームワークを提供すること。

提案手法

• 環境から隔離された系（物理学者アリス、放射性原子、ネズミ、毒）を含む思考実験を構築し、アリスがユニタリ変換を実行する。
• 系の状態を、原子が崩壊した場合（ネズミが死ぬ）とそうでない場合の重ね合わせの状態としてモデル化する。それぞれの状態でボブは明確な測定結果を観測する。
• アリスはドアの下に「あなたは明確な状態を確認しましたか？」と書いたメモを送る。ボブは「はい」と返信し、それがグローバルな量子状態の一部となる。
• すべての変換（ボブの観測を含む）をユニタリ逆転し、同時にメモの記録を古典的記録として保持する。
• 逆転操作の後でもメモが存続することを根拠に、ボブの観測は崩壊ではなくエンタングルメント過程であったと示す。
• 光子や原子系に類似した系を用い、すでに実験的に確認された量子コherenecと可逆性を応用。光子の反射やミラーの反動を、ネズミの生死とボブの観測の類似物として用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 人間観測者の測定は、ユニタリ逆転によって破壊されずに元に戻せるか？
• RQ2 ユニタリ逆転の後でも古典的記録（たとえばメモ）が存続するということは、波動関数の崩壊が起きたとは限らないということか？
• RQ3 外部観測者から見れば巨視的観測者が量子重ね合わせにあり得るが、同時に明確な測定結果を経験できるか？
• RQ4 測定プロセスの可逆性は、崩壊を仮定する解釈とそうでない解釈を区別できるか？
• RQ5 真に不可逆な崩壊と、デコherenceによって不可逆に見えるユニタリ進化を区別する実験的兆候は何か？

主な発見

• すべての他の量子状態が初期の重ね合わせに戻った後でも、「はい、ネズミの明確な状態を確認しました」というメモの記録が存続する。
• メモの存続は、ボブの観測が崩壊ではなくエンタングルメント過程であったことを証明する。すべてのユニタリ操作が逆転されても記録は残る。
• 波動関数の崩壊が現実で不可逆であれば、逆転は失敗し、原子が崩壊している確率が50％の混合状態に終わる。
• アリスの立場からは、ボブは死んだネズミか生きたネズミの重ね合わせにあり、ボブ自身の立場からは明確な測定結果を経験している。
• 光子や原子系を用いた実験で、すでに量子コherenecと可逆性が確認されているため、この思考実験は実験的に検証可能である。
• この結果は、量子力学が巨視的系、特に観測者に対しても適用可能であり、多世界解釈と整合的であるという考えを支持する。