[论文解读] 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 8

一句话总结

本文提出了一项新颖的量子实验，逆转了EPR佯谬：实验者不再预先选择测量方向，而是先选定自旋值，再通过延迟选择的分束器相互作用，事后定义测量方向。贝尔定理由此推断，测量方向的选择必须非定域地受到遥远测量的影响，即使该选择发生在初始制备之后，这暗示了时间倒流的影响，并支持时间对称的量子诠释，而非标准坍缩、德布罗意-玻姆导航波或多世界诠释模型。

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.

研究动机与目标

• 探讨当测量选择反向定义可观测量而非测量预先存在的属性时，非定域性的含义。
• 检验贝尔定理是否仍强制要求非定域效应作用于更早事件，从而挑战量子测量的传统因果顺序。
• 研究当测量选择延迟至粒子制备之后时，时间对称的量子诠释能否一致地解释非定域关联。
• 在这一反转测量场景下，对比时间对称诠释与哥本哈根诠释、德布罗意-玻姆力学及多世界诠释。

提出的方法

• 每个纠缠粒子首先在时间t1通过分束器，使其自旋方向处于叠加态。
• 在时间t2，实验者选择一个“自旋向上”或“自旋向下”的值，该选择反向定义了自旋为确定值的方向。
• 测量仅在该选择之后完成，确保方向选择发生在粒子初始相互作用之后。
• 应用贝尔定理，表明方向选择必须在粒子之间非定域地传递，即使该选择发生在粒子初始制备之后。
• 实验设计使得非定域效应似乎作用于更早的事件——具体而言，是粒子在t1时刻的状态——从而挑战了传统因果顺序的概念。
• 理论分析比较了该设置与各种量子诠释的一致性，重点聚焦于时间倒流与时间对称性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过在EPR思想实验中反转测量顺序，证明非定域效应可影响更早事件？
• RQ2 当测量选择（方向）在粒子状态已预先制备后才做出时，贝尔定理是否仍强制要求非定域性？
• RQ3 时间对称的量子力学能否一致地解释这种延迟选择方向设置下的观测关联？
• RQ4 与哥本哈根诠释、德布罗意-玻姆力学及多世界诠释相比，时间倒流诠释如何解释这一反转测量过程？

主要发现

• 该实验表明，即使在粒子初始相互作用之后才做出选择，自旋方向的选择也必须通过贝尔定理要求的非定域方式在纠缠粒子间传递。
• 这种非定域效应似乎作用于更早的事件——即粒子在t1时刻的状态——暗示了量子测量过程中存在时间倒流的影响。
• 结果支持时间对称的量子力学诠释，其中未来测量选择可影响系统过去的状态。
• 该模型表明，时间倒流解释与贝尔定理一致，且无需超光速信号或隐变量。
• 与标准诠释相比，时间对称模型在该设定下更能容纳因果关系的反转，避免了测量问题与非定域性悖论。
• 本文结论认为，此类实验挑战了量子测量中传统的单向时间观念，支持包含时间倒流的诠释。