[論文レビュー] The Too-Late-Choice Experiment: Bell's Proof within a Setting where the Nonlocal Effect's Target is an Earlier Event

Avshalom C. Elitzur, Eliahu Cohen+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 27, 2015

Quantum Mechanics and Applications参考文献 32被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、EPRパラドックスを逆転させた新しい量子実験を提案する：粒子のスピンを事前に選んだ方向に測定する代わりに、実験者がまずスピン値を選び、その後で遅延選択型ビームスプリッタ相互作用により方向を後から定義する。ベルの定理は、測定の選択が粒子の準備より前に発生しているにもかかわらず、方向の選択が遠く離れた測定によって非局所的に影響を受ける必要があることを示唆しており、これは後向き因果的影響を支持し、標準的崩壊、パイLOT波、多世界解釈よりも時空対称な量子解釈を支持する。

ABSTRACT

In the EPR experiment, each measurement addresses the question "What spin value has this particle along this orientation?" The outcome then proves that the spin value has been affected by the distant experimenter's choice of spin orientation. We propose a new setting where the question is reversed: "What is the orientation along which this particle has this spin value?" It turns out that the orientation is similarly subject to nonlocal effects. To enable the reversal, each particle's interaction with a beam-splitter at t1 leaves its spin orientation superposed. Then at t2, the experimenter selects an "up" or "down" spin value for this yet-undefined orientation. Only after the two particles undergo this procedure, the two measurements are completed, each particle having its spin value along a definite orientation. By Bell's theorem, it is now the "choice" of orientation that must be nonlocally transmitted between the particles upon completing the measurement. This choice, however, has preceded the experimenter's selection. This seems to lend support for the time-symmetric interpretations of QM, where retrocausality plays a significant role. We conclude with a brief comparison between these interpretations and their traditional alternatives, Copenhagen, Bohmian mechanics and the Many Worlds Interpretation.

研究の動機と目的

• 測定の選択が事前に存在するものではなく、測定の観測量を後から定義する非局所性の意味を検討すること。
• ベルの定理が、測定の選択（方向）が粒子の準備後になされる場合でも、以前の出来事に向けられた非局所的効果を強制するかどうかを検証すること。
• 測定の選択が粒子の準備後に遅延して行われる状況において、時間対称な量子力学的解釈が非局所的相関を一貫して説明できるかを調査すること。
• この逆転測定シナリオを踏まえて、時間対称解釈をコペンハーゲン解釈、ドゥーリング力学、多世界解釈と比較すること。

提案手法

• 各エンタングルド粒子は、時刻t1に最初にビームスプリッタを通過させ、スピンの向きを重ね合わせ状態に置く。
• 時刻t2に、実験者が「スピンアップ」または「スピンダウン」の値を選択し、それがスピンが明確な方向を後から定義する。
• 測定はこの選択の後にのみ完了するため、方向の選択が粒子の初期相互作用の後に発生していることを保証する。
• ベルの定理を適用し、方向の選択が粒子間で非局所的に伝達されなければならないことを示す。これは、粒子の状態がすでに初期に準備された後であっても同様に成り立つ。
• この実験は、非局所的効果が以前の出来事（具体的にはt1における粒子の状態）を標的にしているように見えるように設計されており、標準的な因果的順序の概念に挑戦する。
• 理論的分析により、この設定がさまざまな量子解釈において一貫性を示すかを比較し、後向き因果性と時間対称性に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エンタングルメントにおける非局所的効果が、EPRシナリオの測定順序を逆転させることで、以前の出来事に影響を与えることが示せるか？
• RQ2 測定の選択（方向）が粒子の状態がすでに準備された後になされる場合でも、ベルの定理が依然として非局所性を強制するか？
• RQ3 時間対称な量子力学は、この遅延選択方向設定における観測相関を一貫して説明できるか？
• RQ4 後向き因果的解釈は、コペンハーゲン解釈、ドゥーリング力学、多世界解釈と比較して、この逆転測定プロセスをどのように説明できるか？

主な発見

• この実験は、粒子の初期相互作用後に選択されたスピン方向の選択が、ベルの定理が要請するように、エンタングルド粒子間で非局所的に伝達されなければならないことを示している。
• この非局所的効果は、以前の出来事（t1における粒子の状態）を標的にしているように見えるため、量子測定プロセスに後向き因果的影響が存在することを示唆している。
• 結果は、未来の測定選択が系の過去の性質に影響を与える可能性があるという時間対称な量子力学的解釈を支持している。
• このモデルは、後向き因果的説明がベルの定理と整合しており、超光速信号伝播や隠れた変数を必要としないことを示している。
• 標準的解釈と比較して、時間対称モデルはこの文脈における因果の逆転をよりうまく扱っており、測定問題や非局所性パラドックスを回避している。
• 論文は、このような実験が量子測定における従来の時間的矢印に挑戦し、後向き因果性を組み込む解釈を支持する結論に至っている。