[論文レビュー] Why the quantum

Jeffrey Bub|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2004

Quantum Mechanics and Applications参考文献 27被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、情報理論的制約の下で、量子理論を根本的に情報伝達の理論として理解すべきだと主張している。量子現象（測定相互作用を含む）の機械的説明は、すべて量子理論と実験的に同等でなければならないし、もしこれらの制約が自然界に成立するならば、そのような機械的理論は受け入れがたくなる。その結果、情報の表現と操作こそが、基礎物理学の核心的目標となる。

ABSTRACT

This paper is a commentary on the foundational significance of the Clifton-Bub-Halvorson theorem characterizing quantum theory in terms of three information-theoretic constraints (Foundations of Physics 33, 1561-1591 (2003); quant-ph/0211089). I argue that: (1) a quantum theory is best understood as a theory about the possibilities and impossibilities of information transfer, as opposed to a theory about the mechanics of nonclassical waves or particles, (2) given the information-theoretic constraints, any mechanical theory of quantum phenomena that includes an account of the measuring instruments that reveal these phenomena must be empirically equivalent to a quantum theory, and (3) assuming the information-theoretic constraints are in fact satisfied in our world, no mechanical theory of quantum phenomena that includes an account of measurement interactions can be acceptable, and the appropriate aim of physics at the fundamental level then becomes the representation and manipulation of information.

研究の動機と目的

• 非古典的粒子や波の理論ではなく、情報伝達の可能性と不可能性の理論として量子理論を再定式化すること。
• 情報理論的制約の下で、測定装置を説明するような機械的理論が、量子理論とは実験的に区別可能かどうかを検討すること。
• もしClifton-Bub-Halvorsonの制約が我々の世界で満たされているならば、そのような機械的理論は受け入れがたくなると主張すること。その結果、物理学の根本的目標は情報の表現と操作に移行する。

提案手法

• no signaling、no broadcasting、普遍的物理的プロセスの存在という3つの情報理論的制約から量子理論を導くClifton-Bub-Halvorson（CBH）定理を分析する。
• CBH制約を適用して、特に測定相互作用を明示的に記述する機械的モデルの妥当性を評価する。
• これらの制約のもとで、いかなる機械的理論も量子理論と実験的に同等でなければならないことを示す。
• 論理的および概念的分析を用いて、測定プロセスを含むいかなる機械的理論も、制約と整合しつつ同時に実験的に区別可能であることは不可能であることを示す。
• 制約が、力学的対象ではなく情報処理が物理学の根本的領域であると示唆していると主張する。
• 結論として、基礎物理学の適切な目的は、量子行動の機械的モデルの構築ではなく、情報の表現と操作であると結論づける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子理論を非古典的粒子や波の理論ではなく、情報伝達の可能性と不可能性の理論として理解できるか？
• RQ2 CBH情報理論的制約のもとで、測定相互作用を含む量子現象の機械的理論が、量子理論と実験的に区別可能か？
• RQ3 もしCBH制約が我々の世界で満たされているならば、測定プロセスを含む量子現象のいかなる機械的理論も受け入れ可能か？
• RQ4 量子理論が情報理論的原則によって制約されるならば、物理学の最も基本的なレベルでの根本的目標は何か？
• RQ5 これらの制約のもとで機械的モデルが量子理論と実験的に同等であるならば、情報表現が基礎物理学における機械的説明を上回るべきだと結論づけられるか？

主な発見

• 量子理論は、非古典的粒子や波の理論ではなく、情報伝達の可能性と不可能性の理論として最も適切に解釈されるべきである。
• 測定相互作用の詳細な記述を含む、量子現象のいかなる機械的理論も、CBH制約のもとでは量子理論と実験的に同等でなければならない。
• もし情報理論的制約が我々の世界で満たされているならば、そのような機械的理論は受け入れがたくなる。なぜなら、それらは量子力学を越えたより深い説明を提供できないからである。
• CBH制約は、物理学の根本的領域が力学的系ではなく、情報の表現と操作であると示唆している。
• 制約は、測定プロセスを含む量子現象のより深い機械的説明が不可能であることを排除しており、情報が基礎物理学の中心的焦点となる。
• 本論文は、基礎レベルにおける物理学の適切な目的は、量子行動の機械的モデルの構築ではなく、情報の表現と操作であると結論づける。