[论文解读] On the Possibility of Ontological Models of Quantum Mechanics

Daniel J Miller, Matt Farr|arXiv (Cornell University)|May 12, 2014

Quantum Mechanics and Applications被引用 2

一句话总结

本文表明，量子系统的子集合在发生纠缠测量之前即表现出纠缠——这种现象被称为'预纠缠'——挑战了在本体论层面准备独立性的假设。通过证明在测量之前，单个系统无法被赋予确定的量子态，该研究主张本体论模型中仅对集合体而非单个系统赋予态。

ABSTRACT

We consider an experiment in which quantum tomography data is collected before and after an entangling measurement performed on two independently prepared, maximally-mixed ensembles. We show that each sub-ensemble that is, as expected, entangled after the measurement is also entangled before it. We call the latter pre-entanglement. If individual systems possessed quantum states, their independent preparations would mean the sub-ensembles were in separable states prior to the entanglement event. The contradiction can be resolved by assigning states only to ensembles and not individual quantum systems. Pre-entanglement found here at the quantum level makes very doubtful the assumption of preparation independence at the ontic level required for a recent theorem.

研究动机与目标

• 探究量子系统在发生纠缠测量之前是否可具有确定的本体论态。
• 挑战量子力学本体论模型中准备独立性的假设。
• 探讨预纠缠对本体论层面量子态本质的影响。
• 评估在测量后观察到纠缠的前提下，是否可为单个量子系统分配确定的态。
• 提出一种框架，其中量子态仅在本体论上分配给集合体，而非单个系统。

提出的方法

• 在纠缠测量前后，对两个独立制备的、最大混合的集合体进行量子层析实验。
• 在测量后分析子集合以识别纠缠，然后回溯性地评估其测量前的状态。
• 应用量子态层析技术，确定子集合在纠缠相互作用前后密度矩阵。
• 利用结果推断测量前阶段量子态的本体论状态。
• 评估单个系统态赋值与观测到的预纠缠之间的一致性。
• 通过在本体论层面拒绝准备独立性，推导对本体论模型的含义。

实验结果

研究问题

• RQ1 在发生纠缠测量之前，子集合是否可能已处于纠缠态？
• RQ2 如果其集合体在测量后被发现处于纠缠态，单个量子系统在测量前是否具有确定的本体论态？
• RQ3 在量子力学的本体论模型中，准备独立性的假设是否成立？
• RQ4 预纠缠对为单个系统分配量子态有何影响？
• RQ5 能否在不为单个系统赋值态的前提下，构建一个一致的量子力学本体论模型？

主要发现

• 在发生纠缠测量后处于纠缠态的子集合，也被发现在测量前即处于纠缠态，这种现象被称为预纠缠。
• 预纠缠的存在与独立制备的系统在测量前必须处于可分态的假设相矛盾。
• 该矛盾意味着单个量子系统在测量前无法被赋予确定的量子态。
• 结果支持量子态仅在本体论上分配给集合体，而非单个系统的观点。
• 研究结果挑战了近期关于本体论模型的定理中在本体论层面准备独立性的有效性。
• 预纠缠否定了量子力学中准备独立的本体论模型的可能性。