[论文解读] Consistency in the description of quantum measurement: Quantum theory can consistently describe the use of itself

Joseph M. Renes|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2021

Quantum Mechanics and Applications参考文献 37被引用 33

一句话总结

本文在标准量子理论中加入两条规则，用于判定哪些动态过程可计为测量，以及在何种情况下可以将多位观测者的描述视为一致，从而解决 Frauchiger–Renner 矛盾。

ABSTRACT

Recent extended formulations of the Wigner's friend thought experiment throw the measurement problem of quantum mechanics into sharper relief. Here I respond to an invitation by Renner to provide a consistent and concrete set of rules for quantum mechanics which can avoid the apparent paradox formulated by Frauchiger and Renner [Nat. Comm. 9, 3711 (2018)]. I propose a slight addition to standard textbook quantum mechanics, in the form of two rules, which avoids the paradox. The first specifies when a given quantum dynamics can be interpreted as a measurement. Potentially any dynamics can, but doing so depends on the context of other performed operations. The second requires that a joint context be used to determine whether several different dynamical evolutions can all be interpreted as measurement. The paradox is then avoided because not every participant in the Frauchiger-Renner thought experiment regards the stated dynamical descriptions of the experiment as measurements.

研究动机与目标

• 通过扩展的Wigner’s friend与FR悖论的表述来动机化并解决测量问题。
• 提出明确的规则，决定何时可以将动力学演化解释为测量。
• 引入基于上下文的规则，用于将多个等度映射作为测量来保持一致性。
• 演示这些规则在不放弃单位描述的前提下打破悖论。
• 讨论与量子基础研究中现有解释与方法的联系。

提出的方法

• 提出一个解析规则，确定在给定上下文中何时可以将一个等度映射理解为POVM测量。
• 强加一个上下文规则，要求对多个等度映射进行联合考量，以确保可交换的观测量。
• 以包括量子抹除实验的示例进行说明，展示某些描述只在兼容的上下文中算作测量。
• 将这些规则应用于扩展的Wigner’s friend情景，展示悖论如何被避免。
• 讨论这些规则如何与一致历史、关系/新哥本尼克主义解释等现有框架相关。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否所有动态演化都可以被解释为测量，且上下文如何约束这种解释？
• RQ2 应如何把多个观察者的描述组合在一起，形成一组一致的测量与推断？
• RQ3 为若干潜在测量强制联合上下文是否能防止类似FR的矛盾？
• RQ4 这些规则如何与已知的量子抹除现象和Wigner’s friend设定相互作用？
• RQ5 承认上下文相关、非绝对测量的更广泛解释学含义是什么？

主要发现

• 仅当存在一个具有对易后测操作的对应可观测量时，解析规则才允许将动力学解释为测量。
• 上下文规则要求所有被考虑的等度映射集合只有在联合上下文中才被解析为测量，从而确保可观测量的对易代数。
• 将规则应用于Wigner’s friend与量子抹除，表明某些动力学描述在所有上下文中并不算作测量，从而避免悖论性推断。
• 在扩展的FR情景中，Bob 不能将某些等度映射视为描述他在Wigner测量中的测量，从而打破导致悖论的推理链。
• 该方法在避免绝对、上下文无关测量的同时保持单位描述，将讨论转向关系性或上下文性理解。