Dechifrering af kvantegåder:Ikke-lokale kassers rolle i at definere grænserne for fysisk gennemførlighed

Et team af videnskabsmænd fra University of Ottawa tilbyder indsigt i mysterierne om kvantesammenfiltring. Deres nylige undersøgelse, med titlen "Udvidelse af den kendte region af ikke-lokale bokse, der kollapser kommunikationskompleksiteten" og offentliggjort i Physical Review Letters (PRL), afslører, at forskellige teoretiske kvanteteoriudvidelser betragtes som ikke-fysiske, når de testes mod princippet om ikke-triviel kommunikationskompleksitet.

Disse kvanteteori-udvidelser kan symboliseres af en række ikke-lokale bokse, som er teoretiske enheder, der bruges til at illustrere visse aspekter af kvantesammenfiltring og ikke-lokalitet.

Undersøgelsen blev udført af Anne Broadbent, fuld professor og forskningsleder ved University of Ottawa's Department of Mathematics and Statistics, sammen med Pierre Botteron, en Ph.D. kandidat fra University of Toulouse, Frankrig, som også er gæstestuderende forsker ved University of Ottawa, og Marc-Olivier Proulx, en MSc-alumnus fra Institut for Fysik ved University of Ottawa.

Kvantemekanikkens principper har traditionelt været udgangspunktet for forståelse af partikeladfærd og kvantesammenfiltring. Tsirelsons binding – et kvantefysisk koncept, der beskæftiger sig med korrelationer mellem fjerne partikler – og dets pålagte begrænsninger har imidlertid fået videnskabsmænd til at stille spørgsmålstegn ved, om en bredere teori er mulig.

Dette har givet anledning til ikke-lokale kasser, som er teoretiske udvidelser af kvanteteorien, som et middel til at udforske en mere holistisk skildring af universet. Denne forskning fokuserer på at bruge ikke-triviel kommunikationskompleksitet til at måle gennemførligheden af ​​ikke-lokale bokse.

"Vores forskning forbedrer vores forståelse af begrænsningerne og grænserne for kvanteteoriudvidelser og giver indsigt i kvantesammenfiltringens gåder," siger professor Broadbent.

Kvantesammenfiltring, et fængslende fænomen beskrevet af kvantemekanikken, har fået betydelig opmærksomhed i det videnskabelige samfund. Nobelprisen i 2022 blev tildelt Aspect, Clauser og Zeilinger for deres banebrydende eksperimenter med sammenfiltrede fotoner, der afslørede krænkelsen af ​​Bell-uligheder og banebrydende kvanteinformationsvidenskab.

På trods af kvantemekanikkens kraft rejser eksistensen af ​​Tsirelsons binding spørgsmålet om, hvorvidt der eksisterer en mere omfattende teori til at beskrive den naturlige verden nøjagtigt. Denne undersøgelse undersøger ikke-lokale bokse som potentielle generaliseringer af kvantemekanik med det formål at bestemme deres fysiske realiserbarhed.

Forskningen begyndte i 2018 med Marc-Olivier Proulx' kandidatafhandling, som han udførte under vejledning af professor Anne Broadbent ved University of Ottawa og under medvejledning af afdøde professor David Poulin fra Université de Sherbrooke.

Bygger på dette arbejde, Pierre Botteron, en ph.d. studerende under professor Broadbent, samarbejdede med Proulx for yderligere at udforske området for ikke-lokale kasser og postulatet om ikke-triviel kommunikationskompleksitet. Undersøgelsen involverede teoretisk analyse og stringent matematisk modellering baseret på etablerede rammer og principper for kvantemekanik.

"Vores undersøgelse afslører, at adskillige teoretiske generaliseringer af kvanteteori, repræsenteret af forskellige familier af ikke-lokale bokse, anses for ikke-fysiske, når de udsættes for postulatet om ikke-triviel kommunikationskompleksitet. Disse resultater udvider forståelsen af ​​de begrænsninger, som generalisering af kvantemekanik står over for. og give værdifuld indsigt i karakteren af ​​kvantesammenfiltring," forklarer professor Broadbent.

At udforske ikke-lokale kasser som en generalisering af kvantemekanikken har forbedret vores forståelse af kvanteteoriens grænser. Ved at undersøge det ikke-trivielle kommunikationskompleksitetspostulat har uOttawas videnskabsmænd opdaget en bredere vifte af generaliseringer, der afvises som ikke-fysiske. Denne forskning åbner døren til fremskridt inden for kvanteinformationsvidenskab og uddyber vores forståelse af kvantesammenfiltringsfænomener.

Flere oplysninger: Pierre Botteron et al., Udvidelse af den kendte region af ikke-lokale bokse, der kollapser kommunikationskompleksiteten, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.070201. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2302.00488

Journaloplysninger: Physical Review Letters , arXiv

Leveret af University of Ottawa