Relationale Formulierungen erweiterter Quantenscenarien

Einen Beobachter kann man sich als denkende oder rechnende Einheit vorstellen, welche diverse Operationen auf Quantensysteme anwenden kann. Üblicherweise gelten Beobachter als klassische Systeme und nicht als Teil der Quantentheorie. Quanten- Beobachter sind jedoch quantenmechanische Systeme, die andere Quantensysteme manipulieren und Schlussfolgerungen über andere Beobachter anstellen können. Diese Quanten-Beobachter können sich in Superposition befinden, ein Konzept das eine zentrale Rolle für die beiden Hauptthemen dieses Projekts, verschachtelte Beobachter, i.e. Wigners Freund Experimente, und unbestimmte Kausalstrukturen spielt. Wigners Freund Experimente sind Gedankenexperimente mit Beobachtungen von Beobachtern (die Freunde) durch sogenannte Superbeobachter (Wigner). Die Beobachter sind Quanten-Beobachter, die wenn sie eine Messung durchführen, die erhaltenen Resultate klassisch beschreiben. Im Gegensatz dazu beschreiben die Superbeobachter alle Interaktionen der Quanten-Beobachter quantenmechanisch. Diese unterschiedlichen Beschreibungen werden als Wingers Freund Paradox bezeichnet und ist ein wesentlicher Aspekt von Quanten-Beobachtern, die Schlussfolgerungen über das Scenario, von dem sie Teil sind, anstellen wollen. Das Paradox hängt zusammen mit dem quantenmechanischen Messproblem, womit der Versuch gemeint ist eine konsistente, komplette Beschreibung von Messungen in der Quantentheorie zu formulieren. Unbestimmte Kausalstrukturen beschäftigen sich mit den Operationen, welche Quanten- Beobachter auf andere Quantensysteme anwenden, und speziell mit deren zeitlicher Ordnung. Der Prozess-Matrizen Formalismus kann Szenarien beschreiben bei denen sich die Abfolge der Operationen verschiedener Quanten- Beobachter in Superposition befindet. Dies entspricht einer Situation in der es keine wohldefinierte globale Zeit für alle Quanten- Beobachter gibt. Für die einzelnen Beobachter existiert jedoch jeweils eine lokal wohldefinierte Zeit, auf Grund derer sie ihre Operationen anwenden. Der Prozess-Matrizen Formalismus ist sehr allgemein und die physikalische Bedeutung vieler Prozesse mit unbestimmter Kausalstruktur ist nicht klar. Relationale Quantentheorie liefert Beschreibungen relativ zu verschieden physikalischen Systemen, i.e. unterschiedliche Perspektiven eines Scenarios, sowie Regeln für den Wechsel zwischen diesen Perspektiven. Dabei muss stets die Übereinstimmung mir der globalen Situation, auf die sich diese Perspektiven beziehen, gegeben sein. Für verschachtelte Beobachter bedeutet dies, dass man ein konsistentes Gesamtbild erhält, welches die beiden scheinbar widersprüchlichen Beschreibungen von Freunden und Wigners beinhaltet. Dies würde nicht nur das Wigners Freund Paradox auflösen sondern potentiell auch neue Erkenntnisse zum Messproblem liefern. Im Fall der unbestimmten Kausalstrukturen ergeben sich durch eine relational Beschreibung Kriterien und Einschränkungen, welche im ursprünglichen Prozess-Matrizen Formalismus nicht vorhanden sind. Wir erwarten, dass dies zu einem tieferen Verständnis der physikalischen Umsetzbarkeit von Prozessen mit unbestimmter Kausalstruktur führt.