The Heisenberg uncertainty principle is one of the most famous features of quantum mechanics. However, the non-determinism implied by the Heisenberg uncertainty principle --- together with other prominent aspects of quantum mechanics such as superposition, entanglement, and nonlocality --- poses deep puzzles about the underlying physical reality, even while these same features are at the heart of exciting developments such as quantum cryptography, algorithms, and computing. These puzzles might be resolved if the mathematical structure of quantum mechanics were built up from physically interpretable axioms, but it is not. We propose three physically-based axioms which together characterize the simplest quantum system, namely the qubit. Our starting point is the class of all no-signaling theories. Each such theory can be regarded as a family of empirical models, and we proceed to associate entropies, i.e., measures of information, with these models. To do this, we move to phase space and impose the condition that entropies are real-valued. This requirement, which we call the Information Reality Principle, arises because in order to represent all no-signaling theories (including quantum mechanics itself) in phase space, it is necessary to allow negative probabilities (Wigner [1932]). Our second and third principles take two important features of quantum mechanics and turn them into deliberately chosen physical axioms. One axiom is an Uncertainty Principle, stated in terms of entropy. The other axiom is an Unbiasedness Principle, which requires that whenever there is complete certainty about the outcome of a measurement in one of three mutually orthogonal directions, there must be maximal uncertainty about the outcomes in each of the two other directions.


翻译:海森堡不确定性原则是量子力学最有名的特点之一。然而,海森堡不确定性原则所隐含的非确定性原则 -- -- 加上量子力学的其他突出方面,如叠装、纠缠和非局部性 -- -- 对潜在的物理现实提出了深刻的疑问,尽管这些特征是量子加密、算法和计算等令人兴奋的发展的核心。如果量子力学的数学结构从物理可解释的轴心结构中建立起来,这些谜题可能会得到解决。我们建议三种基于物理的轴心,这三种基于物理的轴心,共同构成最简单的量子力系统,即qubit。我们的出发点是所有无信号理论的类别。每一种理论都可以被视为一个实验模型的组合,而我们将这些元素的测量尺度与这些模型联系起来。为了做到这一点,我们搬到空间的阶段,并且把选择的精度直直度作为现实值的条件。我们称之为“信息真实性原则”的三种基于信息真实性原则, 每当需要将一个绝对性原则变成一个绝对性原则, 也就是一个绝对性理论的必然的必然。

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