Is there a quantum resource for local realism erasure?

Abstract

Resumo: Desde 1935, quando Einstein, Podolsky e Rosen clamaram a incompletude da mecânica quântica recorrendo à hipótese de realismo local, houveram inúmeros debates sobre as verdadeiras implicações dessa conclusão. Neste trabalho, investigamos teoricamente um apagador quântico modificado que é capaz de correlacionar operações em um laboratório com alterações no realismo de observáveis em outro laboratório causalmente desconectado. A suspeita natural sobre o que está por trás desse fenômeno é o emaranhamento. Ao controlar o emaranhamento inicial do estado analisado, nós examinamos o papel desse recurso quântico nesse fenômeno. Nós provamos que, mesmo com um estado inicialmente separável, a correlação entre o apagamento de realidade e as operações remotas se mantém. Além disso, nosso estudo revela que a discórdia quântica também é irrelevante para o fenômeno observado. No entanto, a irrealidade inicial e a não-localidade baseada no realismo são necessárias, embora não suficientes. Além disso, demonstramos que, para os casos analisados neste trabalho, a discórdia quântica da medição de sz desempenha um papel fundamental, mostrando que o fenômeno pode ocorrer mesmo para estados inicialmente clássicos-clássicos. Nossos resultados fornecem uma compreensão mais profunda de como as correlações quânticas contribuem para a quebra do realismo local e como as operações remotas influenciam esse processo. Ademais, ao contrário dos cenários do tipo Bell, onde as correlações dizem respeito aos resultados dos observáveis, o experimento considerado correlaciona operações com aspectos ontológicos. Ao empregar um critério de realismo independente de variáveis ocultas realistas locais, nosso trabalho demonstra que a realidade, em geral, não possui um conteúdo local.

Abstract: Since 1935, when Einstein, Podolsky, and Rosen claimed the incompleteness of quantum mechanics by resorting to the hypothesis of local realism, there have been numerous debates regarding the true implications of this conclusion. In this work, we theoretically investigate a modified quantum eraser that is capable of correlating operations in one laboratory with changes in the realism of observables in another causally disconnected laboratory. The natural suspicion of what lies behind this phenomenon is entanglement. By controlling the initial entanglement of the analyzed state, we examine the role of this quantum resource in the phenomenon. We prove that even with an initially separable state, the correlation remains between the reality erasure and the remote operations. Furthermore, our study reveals that quantum discord is also irrelevant to the observed phenomenon. However, the initial irreality and realism-based nonlocality are necessary, although not sufficient. Additionally, we demonstrated that, for the cases analyzed in this work, the quantum discord of the measurement of sz plays a fundamental role, showing that the phenomenon can occur even for initially classical-classical states. Our results provide deeper insights into how quantum correlations contribute to the breakdown of local realism and how remote operations influence this process. Moreover, unlike Bell-type scenarios, where the correlations concern the outcomes of observables, the considered experiment correlates operations with ontological aspects. By employing a realism criterion independent of local realistic hidden variables, our work demonstrates that reality, in general, does not have a local content.