양자 역학의 창시자들은 그것이 깊고 심오하게 이상하다는 것을 이해했습니다. 알버트 아인슈타인 (Albert Einstein)은 그의 무덤에 갔다.
그런 다음 1964 년 존 스튜어트 벨은 아인슈타인이 주장한 것처럼 양자 이론이 현실에 대한 완전한 설명을 가리고 있는지 여부를 테스트 할 수있는 정리를 증명했다. 실험자들은 이후 Bell의 정리를 사용하여 모든 명백한 양자 미친 듯이, 즉 무작위와 으스스한 행동이 멀리 떨어져있을 가능성을 배제 해 왔습니다.
이제 새로운 정리가 벨의 작업을 한 단계 더 발전 시켰습니다. 이 정리는 물리적 현실에 대해 합리적으로 모이는 가정을 만듭니다. 그런 다음 특정 실험이 수행되면 (공정하고, 사치스럽게 복잡한 경우) 양자 이론의 규칙에 따른 예상 결과는 우리가 그러한 가정 중 하나를 거부하도록 강요 할 것임을 보여줍니다.
.이 연구에 참여하지 않은 채프먼 대학교의 양자 물리학자인 Matthew Leifer에 따르면, 새로운 연구는 양자 역학의 해석 클래스에 관심을 집중시킨다.
광범위하게 말하면, 이러한 해석은 양자 국가가 세상에 존재하는 무언가에 대한 충실한 표현이 아니라 물리적 현실에 대한 우리 자신의 지식을 반영한다고 주장합니다. 이 아이디어 그룹의 모범은 Copenhagen 해석, Quantum 이론의 교과서 버전으로, 이러한 특성이 측정 될 때까지 입자가 명확한 특성을 갖지 않음을 시사하는 것으로 가장 널리 알려져 있습니다. 다른 코펜하겐 유사 양자 해석은 더욱 발전하여 양자 상태를 각 관찰자에게 주관적으로 특성화합니다.
Leifer는“몇 년 전에 나에게 몇 년 전에 어떤 종류의 코펜하겐에 대한 해석에 대해 안정 이론을 만들 수 있다고 말하면,‘말도 안되는 일입니다.’라피퍼에 따르면, 최신 이론은“거주 할 수없는 것을 습득합니다.”
라고 말합니다.벨의 통행료
벨의 1964 년 정리는 코펜하겐 해석의 주요 지지자 중 하나 인 아인슈타인과 닐스 보어로 시작된 토론에 수학적 엄격함을 가져 왔습니다. 아인슈타인은 양자 이론 아래에있는 결정 론적 세계의 존재를 주장했다. Bohr는 양자 이론이 완전하고 양자 세계가 불가피하게 확률 론적이라고 주장했다.
벨의 정리는 두 가지 명백한 가정을합니다. 하나는 신체적 영향이 "국소"라는 것입니다. 빛의 속도보다 더 빨리 여행 할 수 없습니다. 또한, 그것은 양자 역학의 수학에 의해 모델링되지 않은 숨겨진 결정 론적 현실이 있다고 가정합니다 (아인슈타인). 세 번째 가정은 언급되지 않았지만 암시 적으로 실험자들이 자신의 측정 설정을 자유롭게 선택할 수 있다는 것입니다.
이러한 가정을 고려할 때, 종 테스트에는 Alice와 Bob의 두 당사자가 포함됩니다. Alice와 Bob은 한 번에 한 쌍의 입자 쌍을 측정합니다. 각 쌍은 얽히게되어 그들의 특성이 기계적으로 연결되어 있습니다. Alice는 입자의 상태를 측정하면 두 사람이 몇 마일 떨어져 있어도 밥 입자의 상태에 즉시 영향을 미칩니다.
.Bell의 정리는 실험을 설정하는 독창적 인 방법을 제안했습니다. Alice와 Bob의 측정의 상관 관계가 특정 값 이하이면 아인슈타인이 옳았습니다. 현지 숨겨진 현실이 있습니다. 상관 관계 가이 값보다 높으면 (양자 이론이 예측할 수 있듯이) Bell의 가정 중 하나가 잘못되어야하며, 지역 숨겨진 현실의 꿈은 죽어야합니다.
물리학 자들은 거의 50 년 동안 점점 더 정확한 종 테스트를 수행하는 데 소비했습니다. 2015 년까지,이 실험은 본질적으로 토론을 해결했습니다. 측정 된 상관 관계는 Bell의 불평등으로 알려진 수준보다 높았으며 Bell 테스트는 양자 역학의 예측과 일치했습니다. 결과적으로, 지역 숨겨진 현실에 대한 아이디어는 쉬게되었습니다.
약한 가정, 강한 이론
새로운 작품은 Bell에 의해 시작된 전통에서 비롯되지만, 물리학 자 Eugene Wigner가 원래 고안 한 약간 다른 실험 설정에도 의존합니다.
.Wigner의 생각 실험에서 Wigner의 친구라고 부르는 사람은 실험실 안에 있습니다. 친구는 0과 1의 두 상태의 중첩 (또는 양자 혼합물)에있는 입자의 상태를 측정합니다. 측정은 입자의 양자 상태를 0 또는 1로 무너지고 결과는 친구가 기록합니다.
.Wigner 자신은 실험실 밖에 있습니다. 그의 관점에서 볼 때, 실험실과 친구는 모든 환경 교란에서 완전히 고립되어 있다고 가정하면 기계적으로 양자 적으로 계속 진화합니다. 결국, 양자 역학은 이론이 적용되는 시스템의 크기에 대해서는 주장하지 않습니다. 원칙적으로, 그것은 기본 입자, 태양과 달, 인간에게 적용됩니다.
양자 역학이 보편적으로 적용 가능하다면, Wigner는 주장했다. Wigner는 주장했다. 그러면 친구의 측정이 이미 입자의 중첩을 이미 무너 뜨렸다하더라도 입자와 wigner의 친구는 이제 얽히고 양자 중첩으로 얽혀있다.
.Wigner의 설정에 의해 제기 된 모순은 붕괴를 일으키는 측정으로 자격이있는 것과 붕괴가 돌이킬 수 없는지에 대한 기본적이고 설득력있는 질문을 강조했습니다.
Bell의 정리와 마찬가지로, 새로운 작품의 저자들은 겉보기에는 분명하지만 그럼에도 불구하고 엄격한 가정을 만듭니다. 첫 번째는 실험자가 원하는 측정 유형을 자유롭게 선택할 수 있다고 말합니다. 두 번째는 빛의 속도보다 더 빨리 신호를 보낼 수 없다고 말합니다. 세 번째는 측정 결과가 모든 관찰자에게 절대적이고 객관적인 사실이라고 말합니다.
이러한 "지역 친근감"가정은 벨보다 약합니다. 저자들은 양자 세계의 기본 결정 론적 현실이 있다고 가정하지 않습니다. 따라서 실험을 수행 할 수 있고 실험이 효과가 있다면, 이는 호주의 그리피스 대학의 양자 역학 센터 (Quantum Dynamics Center of the New Work)의 이사 인 하워드 위스 먼 (Howard Wiseman)은“우리는 실제로 벨의 정리보다 현실에 대해 더 심오한 것을 알게되었습니다.
새로운 정리는 또한 많은 수학적 불평등 세트를 식별하는데, 여기에는 벨에 의해 공식화 된 것 이상을 포함하여 확장됩니다. Griffith의 Nora Tischler 팀원은“벨 불평등을 위반할 수는 있지만 불평등을 위반하지는 않을 것”이라고 말했다.
따라서 Bell과 마찬가지로, 우리는이 새로운 실험 설정에 알려진 양자 역학 규칙을 적용하면 결과가 무엇인지 물어볼 수 있습니다. 양자 역학의 법칙이 보편적 인 경우, 이는 매우 작은 물체와 더 큰 물체 모두에 적용된다는 것을 의미합니다. 실험은 불평등을 위반해야합니다. 향후 실험에서 이것을 확인하면 세 가지 가정 중 하나가 잘못되어야하며, 양자 이론은 Bell의 정리 쇼보다 더 이상합니다.
.실제로 Tischler와 Griffith의 동료들은 이미 실험의 원칙적 증명 버전을 수행했습니다. 그리고 그렇게함으로써 그들은 불평등을 위반하게되었습니다. 그러나 실험에는 상당한 경고가 있습니다. 하나는 양자 역학에서 관찰자로서 중요한 것에 달려 있습니다.
관찰자 스펙트럼
새로운 지역 친근감 정리는 Wigner의 친구 설정을 복제해야합니다. 이제 우리는 두 개의 실험실이 있습니다. 첫 번째 실험실에서 Alice는 외부에 있으며 친구 Charlie는 안에 있습니다. 밥은 다른 실험실 밖에 있고 내부는 그의 친구 데비입니다.
이 Matryoshka 인형 설정에 얽힌 입자 쌍을 추가합니다. 한 입자는 찰리에게, 다른 입자는 데비에게 보내집니다. 두 관찰자 모두 측정하고 결과를 기록합니다.
이제 앨리스와 밥의 차례입니다. 각각은 세 가지 유형의 측정 중 하나를 만듭니다. 첫 번째 옵션은 간단합니다. 친구에게 측정 결과가 무엇인지 물어보십시오.
다른 두 사람은 미친 듯이 어렵습니다. 첫째, Alice와 Bob은 각자의 친구와 실험실을 완전히 양자 제어해야합니다. 실제로 전체 시스템의 양자 진화를 뒤집습니다. 그들은 친구의 측정을 취소하고 친구의 기억을 지우고 입자를 초기 상태로 복원합니다. (분명히,“친구”는 인간이 될 수 없습니다. 우리는 잠시 안에 그에 도달 할 것입니다.) 그 시점에서 Alice와 Bob은 두 가지 측정 중 하나 중 하나를 무작위로 선택하고 입자를 측정하고 결과를 적어 놓습니다. 그들은 수만 쌍의 얽힌 입자를 위해 이것을합니다.
원칙 증명 실험은 각 실험실에서 광자로 시작합니다. 각 친구는 광자를 측정하는 간단한 설정으로 표시되므로 광자가 광자의 초기 양자 상태에 따라 두 개의 경로 중 하나를 차지하거나 한 번에 두 경로를 한 번에 가져 오는 중첩으로 들어갑니다. 친구는 Quantum Bit 또는 Qubit으로 생각할 수 있으며, 이는 0 (광자가 한 경로를 가져 갔음) 또는 1 (다른 경로를 가져옵니다) 또는 둘 다의 중첩으로 생각할 수 있습니다. Tischler는“두 경로를 관찰자의 두 가지 메모리 상태라고 생각할 수 있습니다. "그리고 수학적으로 이것은 관찰과 같습니다."
Alice와 Bob은 단순히 광자가 어떤 길을 택했는지 확인할 수 있습니다 (Charlie와 Debbie에게 그들이 무엇을 관찰했는지 묻는 것과 유사합니다). 또는 두 길을 서로 방해하여 친구의 기억을 지울 수 있습니다. 광자가 겪은 경로에 대한 정보가 닦아서 광자를 원래 상태로 복원합니다. 그런 다음 Alice와 Bob은 자체 측정을 할 수 있습니다.
약 90,000 개의 실행 후, 실험은 현지 친근감의 불평등이 위반된다는 것을 분명히 보여 주었다.
여기의 허점은 분명합니다. Charlie와 Debbie는 사람들이 아니라 큐빗입니다. 그리고 실제로, 새로운 작품의 배후에있는 연구원들은 아직 세 가지 가정 중 하나를 포기해야한다고 말하지 않습니다. Wiseman은“우리는 [Qubit]이 진정한 친구이거나 진정한 관찰이라고 주장하지 않습니다. "그러나 그것은 벨의 불평등보다 위반하기가 어렵지만 양자 역학이 이러한 불평등을 위반한다는 것을 확인할 수 있습니다."
.일반적으로, 상당한 논쟁은 얼마나 크고 복잡한 관찰자가되어야하는지에 대한 의문을 둘러싼 다. 원자가 작동할까요? 바이러스? 아메바? 일부 물리학 자들은 그것이 관찰하고있는 것에 대한 정보를 얻을 수있는 모든 시스템이 그 정보를 관찰자라고 주장 할 것입니다. 스펙트럼의 다른 쪽 끝에는 의식이있는 인간만이 중요하다고 말하는 사람들이 있습니다.
이 특정 실험과 관련하여, 가능한 관찰자의 범위는 매우 큽니다. 이미 큐 비트를 위해 수행되었습니다. 찰리와 데비가 인간이라면 모든 사람이 불가능하다는 데 동의합니다.
이 팀은 양자 컴퓨터 내부의 인공 일반 정보 (AGI)가 될 수있는 미래에 한 번에 실험을 수행하는 것을 상상합니다. 이러한 시스템은 두 가지 다른 결과를 관찰하는 중첩에 들어갈 수 있습니다. 그리고 AGI는 양자 컴퓨터에서 작동 할 것이기 때문에 프로세스가 반전되어 관찰의 기억을 지우고 시스템을 원래 상태로 되돌릴 수 있습니다.
Wiseman은“단일 큐 비트와 인공 지능을 운영하는 거대한 양자 컴퓨터 사이에는 많은 곳이 있습니다. 여기서 다른 사람들이 그 선을 따라 관찰이 발생했다고 말할 수있는 곳에 대해 다른 의견을 가질 것입니다. “정리는 완전히 엄격한 정리이지만 관찰 된 사건이 무엇인지에 대한 질문을 열어줍니다. 그것은 중요한 일입니다.”
그리고 물리학 자들이 벨의 불평등에 대한 완전히 방탄 실험 테스트를 이행하는 데 약 50 년이 걸렸습니다. 아마도 양자 컴퓨터에서 작동하는 AGI는 멀리 떨어져 있지 않습니다.
그러한 기술이 언젠가 도착할 것이라고 주장하기 위해 가정 해 봅시다. 그런 다음 물리학자가 실험을하면 두 가지 중 하나를 볼 수 있습니다.
아마도 불평등은 위반되지 않을 것입니다. 이는 양자 역학이 보편적으로 유효하지 않다는 것을 의미합니다. 양자 이론의 규칙이 단순히 적용되지 않는 최대 크기가 있음을 의미합니다. 그러한 결과를 통해 연구원들은 양자와 고전 세계를 분리하는 경계를 정확하게 매핑 할 수 있습니다.
또는 양자 역학이 예측하는 것처럼 불평등은 위반됩니다. 이 경우 세 가지 상식 가정 중 하나를 포기해야합니다. 어느 것이 질문으로 이어집니다 :어느 것이 무엇입니까?
극도의 상대성
정리는 어떤 가정이 잘못되었는지에 대한 주장을하지 않습니다. 그러나 대부분의 물리학 자들은 두 가지 가정을 소중히 여기고 있습니다. 첫 번째 - 실험자는 수행 할 측정 값을 선택할 수 있습니다.
정보가 빛보다 더 빨리 여행하는 것을 금지하는“지역성”가정은 원인과 결과로 모든 터무니없는 어색함을 방해합니다. (그럼에도 불구하고, Bohmian Mechanics의 지지자 - 결정 론적, 숨겨져 있고 심오한 비 국소 적 현실을 제시하는 이론은이 두 번째 가정을 포기했습니다.)
이것은 세 번째 가정을 남깁니다. 측정 결과는 모든 관찰자에게 절대적이고 객관적인 사실입니다. 비엔나의 양자 광학 및 양자 정보 연구소의 양자 이론가 인 časlav Brukner는“관찰 된 사건의 절대성”이라는 가장 잘못된 가정에 대해 강조합니다.
.관찰 된 사건의 절대성을 거부하는 것은 표준 코펜하겐 해석에 의문을 제기 할 것이며, 여기서 측정 결과는 모든 관찰자에게 객관적인 사실로 간주됩니다.
남은 것은 무엇입니까? 다른 "코펜하겐과 같은"해석-측정 결과는 절대적이고 객관적인 사실이 아니라고 주장하는 해석. 여기에는 QBISM (독립형 약어”가“입체파”로 발음되고 원래“Quantum Bayesianism”에서 파생 된)과 물리학 자 Carlo Rovelli가 옹호 한 관계형 양자 역학 (RQM)이 포함됩니다. QBism은 양자 상태가 각 관찰자에게 주관적이라고 주장합니다. RQM은 입자의 위치와 같은 양자 세계를 설명하는 변수는 한 시스템이 다른 시스템과 상호 작용할 때만 실제 값을 취한다고 주장합니다. 뿐만 아니라 한 시스템의 값은 항상 상호 작용하는 시스템과 관련이 있으며 객관적인 사실이 아닙니다.
그러나 No-Go 이론이 표준 코펜하겐 해석과 그 변형을 구별하기가 어려웠습니다. 이제 현지 친근감 정리는 한쪽에 표준 코펜하겐이 있고 다른쪽에는 QBism과 RQM을 사용하여 적어도 두 가지 범주로 분리하는 방법을 제공합니다.
.Leifer는“여기 당신은 실제로 중요한 것을 말하는 것이 있습니다. “실제로 어떤 의미에서는 Qbists와 Rovellis와 같은 사람들을 입증합니다.”
.물론, 다른 해석의 지지자들은 불평등의 위반이 다른 두 가지 가정 중 하나 인 자유 또는 지역의 자유를 무효화 할 것이라고 주장 할 수 있습니다.
이 모든 노력은 우리가 이론에서 원하는 것을 다시 생각할 때가되었다고 말한다. "이 일종의 Shoehorn Quantum Mechanics를 고전적인 곰팡이로하려는 시도는 고전적인 렌즈를 통해 양자 세계를 이해하려는 시도를 언급하면서 말했다. "우리는 양자 역학이 실제로주는 것에 대한 이론에서 우리가 원하는 것에 대해 생각하는 방식을 시도하고 정렬해야합니다.``음, 어떤 식 으로든 부적절합니다. 어떤 식 으로든 결함이 있습니다.’우리는 양자와 같은 이론에 붙어있을 수 있습니다."
. " .이 경우 관찰이 주어진 관찰자에 대해서만 주관적이고 유효하다는 입장을 취하고 있으며, 고전 물리학이 제공하는 유형의 "보기"가 없다는 것은 필요하고 급진적 인 첫 단계 일 수 있습니다.
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