[논문 리뷰] Quantum Measurement and Classical States

Clifford Chafin|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 30.

Quantum Mechanics and Applications인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 매크로스코픽 물질을 고전적 성격을 띤 상호연결된 다체파동함수로 모델링하여, 다중우주 유사한 그림과 본질적인 시간의 화살표를 자연스럽게 유도하는 잠재적 양자 측정 이론을 제안한다. 매크로스코픽 환경을 탈구속된 입자와 약하게 상호작용하는 안정된 응집상으로 간주함으로써, 이 틀은 보른 통계를 통해 측정 결과를 설명하고, 국소적으로는 위반될 수 있는 보존량을 전역적으로 유지하며, 향후 간섭의 물리적 기초가 붕괴될 수 있음을 시사한다. 특히 우주의 후기 진화 단계에서 의식과 시간의 화살표의 물리적 기초가 약화될 수 있음을 암시한다.

ABSTRACT

An emergent theory of quantum measurement arises directly by considering the particular subset of many body wavefunctions that can be associated with classical condensed matter and its interaction with delocalized wavefunctions. This transfers questions of the strangeness of quantum mechanics from the wavefunction to the macroscopic material itself. An effectively many-worlds picture of measurement results for long times and induces a natural arrow of time. The challenging part is then justifying why our macroscopic world is dominated by such far-from-eigenstate matter. Condensing cold mesoscopic clusters provide a pathway to a partitioning of a highly correlated many body wavefunction to long lasting islands composed of classical-like bodies widely separated in Fock space. Low mass rapidly delocalizing matter that recombines with the solids slice the system into a set of nearby yet very weakly interacting subsystems weighted according to the Born statistics and yields a kind of many worlds picture but with the possibility of revived phase interference on iterative particle desorption, delocalization and readsorption. A proliferation of low energy photons competes with such a possibility. Causality problems associated with correlated quantum measurement are resolved and conserved quantities are preserved for the overall many body function despite their failure in each observer's bifurcating slice-path. The necessity of such a state for a two state logic and reliable discrete state machine suggests that later stages of the universe's evolution will destroy the physical underpinnings required for consciousness and the arrow of time even without heat-death or atomic destruction. Some exotic possibilities outside the domain of usual quantum measurement are considered such as measurement with delocalized devices and revival of information from past measurements.

연구 동기 및 목표

• 파동함수 붕괴에 대한 초점을 이동시켜 매크로스코픽 물질의 성격으로 양자 측정의 기초적 수수께끼를 해결하고자 한다.
• 고전적 성격을 띤 다체파동함수의 안정성에 의해 선호 기저와 시간의 화살표가 어떻게 나타나는지를 설명하고자 한다.
• 개별 관측자가 분기 경로를 경험하는 다중우주 틀 안에서 양자 양자화, 인과성, 보존 법칙을 조화시키고자 한다.
• 양자 측정과 고전적 관측이 상호 모순이 되는 물리적 조건, 특히 우주의 후기 시나리오에서의 조건을 조사하고자 한다.
• 탈구속된 장치와 과거 측정에서의 정보 복원을 포함한 이국적인 측정 시나리오를 탐구하고자 한다.

제안 방법

• 매크로스코픽 환경을 고유값 상태에서 멀리 떨어진, 응집된 다체파동함수로 모델링하여 고전적 성격의 기초로 작용하도록 한다.
• Fock 공간 분할을 사용하여 관련된 중간 척도 클러스터에서 유래한 장기간 지속되는, 공간적으로 분리된 고전적 성격의 다체를 기술한다.
• 낮은 질량, 빠르게 탈구속되는 입자를 도입하여 매크로스코픽 물질과 약하게 결합함으로써, 보른 가중 확률에 의해 효과적인 분기 구조를 유도한다.
• 보존량이 국소적으로 관측자 기반 분기에서 위반되더라도 전체 다체파동함수에서 유지되므로, 전체적으로 보존량이 유지되는 시스템으로 간주한다.
• 반복적인 입자 탈착, 탈구속, 재흡착을 분석하여 위상 간섭 복원 가능성을 평가한다.
• 저에너지 광자 확산과 같은 경쟁 효과를 고려하여 양자 양자화와 정보 복원 억제를 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 파동함수 붕괴 없이 unitary 양자 진화에서 어떻게 일관된 시간의 화살표가 유도될 수 있는가?
• RQ2 왜 우리의 매크로스코픽 세계는 양자 초위상보다 고전적 성격의 물질에 의해 지배되는가?
• RQ3 과거 측정에서의 양자 정보가 반복적인 입자 재흡착 사이클을 통해 복원될 수 있는 조건은 무엇인가?
• RQ4 개별 측정 분기에서 보존 법칙이 위반되는 것처럼 보일 때, 어떻게 전체적으로 보존 법칙이 유지되는가?
• RQ5 우주의 후기 단계에서 어떤 물리적 조건이 의식과 시간의 화살표 가능성에 위협이 되는가?

주요 결과

• 선호 기저와 시간의 화살표는 응집상에서 안정한 고전적 성격의 상호연결 다체파동함수의 성질에서 자연스럽게 유도된다.
• 약하게 상호작용하는 Fock 공간으로 분리된 부분계에 의해 다중우주 유사한 구조가 나타나며, 확률은 보른 법칙에 의해 결정된다.
• 보존량은 관측자 기반 분기에서 국소적으로 위반되더라도 전체 다체파동함수에서 유지되므로 인과성은 전역적으로 유지된다.
• 반복적인 탈착 및 재흡착 사이클 중 위상 간섭 복원 가능성은 존재하지만, 저에너지 광자 확산으로 인해 억제된다.
• 의식과 시간의 화살표의 물리적 기초는 열사망이나 원자 붕괴 이전에도 우주의 후기 단계에서 파괴될 수 있다.
• 탈구속된 측정 장치나 과거 측정에서의 정보 복원을 포함한 이국적인 측정 시나리오는 특정 비표준 조건 하에서는 물리적으로 가능하다.