[论文解读] Quantum Nonlocality: Myth and Reality

Robert B. Griffiths|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2019

Quantum Mechanics and Applications参考文献 34被引用 11

一句话总结

本文主张，在希尔伯特空间形式体系中正确分析时，量子力学本质上是局域的，反驳了基于贝尔不等式违背而提出的非局域性观点。它表明，表观的非局域性源于贝尔型推导中的经典假设，而非实际的物理非局域影响，并提出通过一致历史和量子概率，量子关联可由局域共同原因解释。

ABSTRACT

It is shown that when properly analyzed using principles consistent with the use of a Hilbert space to describe microscopic properties, quantum mechanics is a local theory: one system cannot influence another system with which it does not interact. Claims to the contrary based on quantum violations of Bell inequalities are shown to be incorrect. A specific example traces a violation of the CHSH Bell inequality in the case of a spin-3/2 particle to the noncommutation of certain quantum operators in a situation where (non)locality is not an issue. A consistent histories analysis of what quantum measurements measure, in terms of quantum properties, is used to identify the basic problem with derivations of Bell inequalities: the use of classical concepts (hidden variables) rather than a probabilistic structure appropriate to the quantum domain. A difficulty with the original Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) argument for the incompleteness of quantum mechanics is the use of a counterfactual argument which is not valid if one assumes that Hilbert-space quantum mechanics is complete; locality is not an issue. The quantum correlations that violate Bell inequalities can be understood using local quantum common causes. Wavefunction collapse and Schr\odinger steering are calculational procedures, not physical processes. A general Principle of Einstein Locality rules out nonlocal influences between noninteracting quantum systems. Some suggestions are made for changes in terminology that could clarify discussions of quantum foundations and be less confusing to students.

研究动机与目标

• 挑战广泛认为量子贝尔不等式违背意味着非局域性的解释。
• 证明当在希尔伯特空间形式体系中一致分析时，量子力学保持局域性。
• 识别贝尔不等式推导中的基础性错误：使用经典隐变量而非量子概率结构。
• 澄清波函数坍缩和薛定谔导引仅为计算工具，而非物理过程。
• 提出术语更改，以减少量子基础讨论中的混淆。

提出的方法

• 分析自旋-3/2系统中CHSH不等式的违背，以表明尽管存在算符非对易性，非局域性并未涉及。
• 应用一致历史诠释，阐明量子测量实际上测量的是何种量子属性。
• 使用量子概率和希尔伯特空间结构，替代贝尔型推导中的经典反事实推理。
• 证明违背贝尔不等式的量子关联可由局域共同原因解释。
• 应用爱因斯坦局域性原理，排除非相互作用系统之间的非局域影响。
• 将波函数坍缩和薛定谔导引重新解释为形式程序，而非物理过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不引入非局域性的情况下解释贝尔不等式的量子违背？
• RQ2 为何贝尔不等式推导错误地暗示了非局域性？
• RQ3 经典概念如隐变量在扭曲量子非局域性解释中起什么作用？
• RQ4 一致历史诠释如何解决量子测量与关联中的模糊性？
• RQ5 波函数坍缩和薛定谔导引的正确物理解释是什么？

主要发现

• 当在希尔伯特空间形式体系中分析时，量子力学本质上是局域的，非相互作用系统之间不存在物理非局域影响。
• 在自旋-3/2系统中，CHSH不等式的违背源于算符非对易性，而非非局域性，且发生在非局域性无关的语境中。
• 贝尔不等式推导的失败源于其依赖经典反事实推理和隐变量，而这些在量子力学中不适用。
• 违背贝尔不等式的量子关联可由局域共同原因解释，从而保持局域性。
• 波函数坍缩和薛定谔导引是计算工具，而非物理过程，不应被解释为真实的动力学影响。
• 采用爱因斯坦局域性原理和量子概率结构，可解决量子基础中非局域性悖论。