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Quantum information approach to the foundations of quantum physics and spacetime
Marius Ernst Hagen Krumm
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (DissG: Physik)
Betreuer*innen
Časlav Brukner ,
Markus Müller
DOI
10.25365/thesis.70627
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11236.94950.602499-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Doktorarbeit wendet Methoden und Konzepte der Quanteninformationstheorie (QIT) an um die Grundlagen der Quantenphysik und Raumzeit zu untersuchen.
Der Prozess-Matrix-Formalismus ermöglicht die Beschreibung von indefiniten kausalen Strukturen. Diese Doktorarbeit entwickelt eine systematische Kombination von Prozess-Matrizen und Quantenuhren. Weiterhin wird gezeigt, dass es keinen allgemeingültigen Formalismus geben kann, um die parallele Nutzung von indefiniten kausalen Strukturen zu beschreiben.
Außerdem betrachtet diese Doktorarbeit ein Szenario, in dem ein Quantensystem von einem Labor mit einem unvollständigen Bezugssystem untersucht wird. Für das Beispiel eines fehlenden Ursprungs werden die Observablen und Symmetrien charakterisiert.
Im Feld der Gerät-Unabhängigkeit werden abstrakte Geräte betrachtet, die nur über ihre Eingabe-Ausgabe-Korrelationen beschrieben werden. Diese Doktorarbeit untersucht eine Modifikation, in der die abstrakten Eingaben mit Raumzeit-Parametern ersetzt werden. Für Beispiele von Winkeln oder Richtungen als Eingabe-Parameter werden die nicht-klassischen bipartiten Korrelationen charakterisiert.
Das Feld der Allgemeinen Probabilistischen Theorien ermöglicht es, physikalische Theorien zu entwickeln, die weder klassisch noch quantenmechanisch sind. Diese Doktorarbeit untersucht die Objektivität von Messergebnissen in solchen Theorien, indem das Phänomen namens Quanten-Darwinismus angepasst wird. Außerdem wird gezeigt, dass Theorien mit Bloch-Bällen, die eine andere Dimensionalität als drei haben, keine Interaktionen haben können.
Abstract
(Englisch)
This thesis applies methods and concepts from quantum information theory (QIT) to investigate the foundations of quantum physics and spacetime.
The process matrix formalism allows to describe indefinite causal structures. This thesis develops a systematic combination of process matrices and quantum clocks. Furthermore, it is proved that there cannot exist a universal formalism to describe the parallel application of indefinite causal structures.
Furthermore, this thesis investigates a scenario in which a quantum system is probed by a lab with an incomplete external reference frame. For the example of a missing origin, the observables and symmetries are characterized.
The setting of device-independence considers abstract devices described only via their input-output-correlations. This thesis investigates a modification in which the abstract inputs are exchanged with spacetime parameters. Non-classical bipartite correlations for the cases of angles or directions as inputs are characterized.
The framework called General Probabilistic Theories allows to develop theories of physics that are not classical or quantum. This thesis investigates objectivity of measurement outcomes in such theories by generalizing the phenomenology of quantum Darwinism. Furthermore, it is proved that theories with Bloch balls with dimension different from three cannot have interactions.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Quantum information theory causal structure process matrices spacetime general probabilistic theories quantum foundations Page-Wootters device-independent quantum reference frames
Schlagwörter
(Deutsch)
Quanteninformationstheorie kausale Struktur Prozess-Matrizen Raumzeit allgemeine probabilistische Theorien Grundlagen der Quantenphysik Page-Wootters Gerät-unabhängig Quanten-Bezugssysteme
Autor*innen
Marius Ernst Hagen Krumm
Haupttitel (Englisch)
Quantum information approach to the foundations of quantum physics and spacetime
Paralleltitel (Deutsch)
Quanten-Informations-Zugang zu den Grundlagen der Quantenphysik und Raumzeit
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
xi, 164 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Stefan Wolf ,
Oscar Dahlsten
Klassifikationen
33 Physik > 33.19 Theoretische Physik: Sonstiges ,
33 Physik > 33.23 Quantenphysik
AC Nummer
AC16498238
Utheses ID
60904
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 411 |