[论文解读] A quantum solution to the arrow-of-time dilemma: reply

Lorenzo Maccone|ArXiv.org|Dec 30, 2009

Quantum Mechanics and Applications参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文通过论证熵减少仅因系统与观察者之间量子互信息（QMI）的损失而被主观感知，而非热力学逆转，从而为时间之箭的量子解提供辩护。关键贡献在于，唯有信息保存过程可被观测，这意味着熵看似增加，是因为熵减少在关联中不留痕迹。

ABSTRACT

I acknowledge a flaw in the paper "A quantum solution to the arrow of time dilemma": as pointed out by Jennings and Rudolph, (classical) mutual information is not an appropriate measure of information. This can be traced back to the quantum description underlying my analysis, where quantum mutual information is the appropriate measure of information. The core argument of my paper (summarized in its abstract) is not affected by this flaw. Nonetheless, I point out that such argument may not be adequate to account for all phenomena: it seems necessary to separately postulate a low entropy initial state.

研究动机与目标

• 通过证明熵减少因信息损失而不可观测，来解决时间之箭的困境。
• 阐明在量子系统中，正确的关联度量应为量子互信息（QMI），而非经典互信息（CMI）。
• 主张观测到的熵增加源于纯态宇宙中系统与观察者之间纠缠的丧失。
• 证明若先前退相干的任何痕迹仍保留在关联中，则再相干是不可能的。
• 表明该论证需额外假设一个低熵初始态，才能与观测到的宇宙学条件相匹配。

提出的方法

• 假设宇宙处于纯量子态，从而可使用纯化空间来描述关联为纠缠。
• 对子系统应用冯·诺依曼熵，以量化来自量子关联的熵。
• 分析量子互信息（QMI）的减少，作为熵减少过程中信息损失的度量。
• 表明若系统熵减少而不向环境排放，则必须对应于系统与观察者之间QMI的减少。
• 利用玻恩规则推导出主观概率及其关联熵，基于纠缠。
• 证明再相干要求完全擦除所有关联，因为任何残留的纠缠都会阻止其发生。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何熵看似不可逆地增加，尽管量子演化是幺正的？
• RQ2 为何熵减少即使在量子力学中理论上可能，也未被观测到？
• RQ3 在量子框架中，正确的信息度量是什么——经典互信息还是量子互信息？
• RQ4 量子力学如何解释时间之箭的主观感知？
• RQ5 需要何种额外假设，才能解释宇宙观测到的低熵初始状态？

主要发现

• 尽管原论文在使用经典互信息方面存在缺陷，但其论证依然有效，因为量子互信息（QMI）才是关联的正确度量。
• 若系统熵的减少并非由于向环境排放，则必须伴随系统与观察者之间QMI的减少。
• 经典互信息（CMI）可在QMI减少的同时增加，表明CMI在量子情境中是不充分的度量。
• 若先前退相干的任何信息仍保留在关联中，则再相干是不可能的，要求完全去相关。
• 若无额外的低熵初始条件假设，该时间之箭的量子解无法解释当前宇宙的低熵状态。
• 该论证为主观解释第二定律提供了依据：熵看似增加，是因为熵减少在观察者编码关联中不留痕迹。