게임을합시다. 두 개의 구획과 하나의 공이있는 상자를 얻습니다. 공은 공간이 같은 가능성이있는 구획에있을 수 있으며, 내 임무는 어느 것을 추측하는 것입니다. 좋아, 가장 흥미로운 게임은 아니지만 적어도 공정합니다. 내 확률은 50/50입니다.
그러나 컨베이어 벨트가 대포에 상자를 가져 오는 공장에서 상자가 생산되었다고 가정 해 봅시다. 동전 던지기는 하루에 한 번 이루어졌으며 같은 날에 생산 된 모든 상자에는 같은 구획에 공이 있습니다. 내가 당신과 같은 날에 제작 된 상자를 얻을 수 있다면, 나는 확실하게 게임에서 이길 수있을 것입니다. 공정하기 때문에 너무 많이.
교훈은 분명합니다. 우리의 게임이 공정한지 여부는 상자의 공이 내 소유물의 다른 시스템과 관련이 있는지 여부에 달려 있습니다. 내가 속임수를 쓰지 않도록하려면 all 를 수집해야합니다. 상자와 상관 관계가있는 시스템은 안전하게 제어 할 수 있습니다. 그러나 어떻게 모든 것을 수집했다고 확신 할 수 있습니까? 가장 강력한 보증은 귀하의 시스템이 물리학자가“순수한 상태”라고 부르는 것입니다. 이는 다른 것과 관련이 없으며 시스템에 대한 최대한의 지식을 가지고 있음을 의미합니다. 반면에“혼합 상태”는 부분적 지식 만 제공하며 일부 필수 정보는 다른 곳에 숨길 수 있습니다.
그리고 마찬가지로, 우리는 정제 원리라고 불리는 양자 역학의 핵심에 대한 아이디어를 얻었습니다. 충분한 수의 시스템을 고려하면 모든 시스템이 순수한 상태 인 경우 항상 설명 수준을 찾을 수 있다고 말합니다. 정제 원리는 단순히 효과적인 것과 근본적인 지위를 열망 할 수있는 물리적 이론을 분리하는 체입니다. 결국, 자연에 대한 기본 이론은 현상을 독립적 인 방식으로 묘사해야하며, 다른 곳에 숨어있는 정보의 존재로 인해 변경 될 수없는 예측을해야합니다.
이 정의에 따르면 뉴턴 메커니즘은 기본적입니다. 그것은 사소한 방식으로 정화를 만족시킵니다. 이론은 만 입니다 관심있는 입자의 위치와 속도에 의해 지정되는 순수한 상태로. 다른 한편으로, 열역학의 기초 인 고전적인 통계 역학은 정화 원리를 사로 잡습니다. 모든 입자의 위치와 속도를 지정하지 않고 대신 확률 분포 만 할당합니다. 설명에 얼마나 많은 입자를 포함하더라도, 우리는 다른 시스템과 관련이있을 가능성을 결코 배제 할 수 없습니다. 이것은 원칙적으로 일부 에이전트가 숨겨진 상관 관계를 활용하기 위해 문을 열어줍니다. Maxwell 's Demon 및 Szilard's Engine과 같은 유명한 사고 실험에서 바로 우리의 공과 구획 게임의 두 가지 정교한 버전입니다.
양자 역학은 어떻습니까? 그것은 그것이 기본 이론 일뿐 만 아니라 만 입니다. 자연의 확률에 대한 아이디어를 허용하면서 정화를 만족시킬 수있는 표준 이론. 이것은 Mauro d 'Ariano, Paolo Perinotti 및 나 자신의 2011 년 논문의 중심 결과이며, 모든 사건의 결과는 미리 결정되거나 양자 이론은 자연 세계에 대한 올바른 설명이어야합니다. 다시 말해, 양자 세계에서만 무작위성의 개념, 따라서 정보는 물리학의 기본 법칙에서 역할을 할 수 있습니다. 모든 이벤트가 미리 정해진 경우, 모든 실험의 결과는 모든 에이전트가 보유한 정보와 무관해야합니다.
정제 원리는 놀라운 결과를 초래합니다. 임의의 사건의 결과에 의존하는 방식으로 시스템을 준비하는 메커니즘을 상상해보십시오. 이벤트는 무작위이며 우리가 가지고 있지 않은 정보에 의존하기 때문에 시스템은 혼합 상태가됩니다. 이제 정화 원칙은 우리가 함께 순수한 상태에있는 충분한 수의 시스템을 찾을 수 있음을 보장합니다. 이것은 고전 세계에서 아날로그가없는 상황으로 이어집니다. 우리는 복합 시스템에 대한 최대한의 지식을 가질 수 있지만 그 부분에 대해서는 무지합니다. Erwin Schrödinger는이“얽힘”을 지명하고 유명하게“ one 라고 부르지 않을 것입니다. 오히려 양자 역학의 특징적인 특성, 고전적인 사고 라인에서 전체 출발을 시행하는 특성.”
얽힘에는 많은 잠재적 인 응용 프로그램이 있습니다. 예를 들어, 일부 상관 관계는 본질적으로 private 임을 보장합니다. . 시스템 A가 혼합 상태에 있고 복합 시스템 AB는 순수한 상태에 있다고 상상해보십시오. 순도의 결과로 AB 상태는 다른 세계와 상관 관계가 없어야합니다. 이 속성은 얽힘의 일부일처 제로 알려져 있으며 Artur Ekert의 1991 년 주요 분포 프로토콜과 같은 많은 양자 암호화 프로토콜의 근본입니다. 아이디어는 간단합니다. 각각 시스템 A와 B를 보유하는 두 개의 먼 당사자는 각각 상관 관계가있는 임의 비트를 생성 할 수 있으며, 나중에 메시지를 암호화하는 비밀 키로 사용할 수 있습니다. 얽힘의 일부일처 제는 제 3자가 임의의 비트와 관련이 없으며 메시지를 암호화 할 수 없음을 보장합니다.
물리학 자들은 양자 정보 이론에서 마음을 사로 잡을 수 있습니다. 양자 역학이 처음 공식화되었을 때 물리학이 무언가를 잃어버린 것 같습니다. 고전 물리학 자에게는 갈릴레오와 뉴턴의 아름다운 시계 우주가 불확실성의 구름으로 가려진 것처럼 보였다. 그러나 양자 정보는 양자 역학이 한계 이론 일뿐 만 아니라 안전한 양자 암호화 및 초고속 양자 컴퓨터와 같은 새로운 기회 이론이라는 즐거운 발견이었습니다. 이 각도에서, 양자 이론은 더 이상 "더 적은 물리학"처럼 보이지 않고 대신 "더 많은 정보 이론"을 좋아합니다. “더 많은 것”이 제공됩니다. 우리는 정화 원칙에 따라 갈릴레오와 뉴턴의 고전적인 세계에서 무작위로 무작위를 활용할 수 있습니다.
Giulio Chiribella는 중국 베이징에있는 Tsinghua University의 교수입니다. 그의 연구는 양자 정보 이론, 양자 기초 및 수학 물리학에 중점을 둡니다.
참조
1. Chiribella, G., D 'Ariano, G.M. 및 Perinotti, P. 양자 이론의 정보 유도. 물리적 검토 a 84 , 012311 (2011).
