Christopher Alan Fuchs (ur. w Cuero w Teksasie) – amerykański fizyk teoretyczny, profesor fizyki na , gdzie zajmuje stanowisko Distinguished Professor. Zajmuje się informacją kwantową i podstawami mechaniki kwantowej.

Fuchs należy do głównych autorów prac rozwijających QBism – interpretację mechaniki kwantowej, w której stan kwantowy nie jest opisem obiektywnej własności układu, lecz zapisem oczekiwań działającego podmiotu (agenta) co do wyników jego własnych działań eksperymentalnych. Jego prace techniczne dotyczą m.in. rozróżnialności stanów kwantowych, twierdzenia o niemożliwości rozgłaszania (), kwantowej wersji twierdzenia de Finettiego oraz symetrycznie zupełnych informacyjnie pomiarów kwantowych (SIC-POVM). Za swój dorobek otrzymał International Quantum Communication Award (2010) i został wybrany na członka Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego (2012).

Życiorys i kariera Fuchs urodził się w Cuero w Teksasie. W 1987 ukończył studia licencjackie z fizyki i matematyki na Uniwersytecie Teksańskim w Austin, gdzie studiował między innymi pod kierunkiem Johna Archibalda Wheelera. Stopień doktora fizyki uzyskał w 1996 na ; jego promotorem był , a rozprawa nosiła tytuł Distinguishability and Accessible Information in Quantum Theory. W podręczniku Quantum Computation and Quantum Information Michaela Nielsena i Isaaca Chuanga rozprawę tę wskazano jako źródło materiału o miarach odległości w informacji kwantowej.

Po doktoracie Fuchs pracował jako Lee A. DuBridge Prize Fellow w California Institute of Technology, a później jako członek personelu technicznego Bell Labs w Murray Hill w stanie New Jersey. W latach 2007–2013 był starszym pracownikiem naukowym w Waterloo w Kanadzie, a w latach 2013–2014 pracował jako starszy naukowiec w Raytheon BBN Technologies w Cambridge w stanie Massachusetts. Od 2015 jest profesorem fizyki na University of Massachusetts Boston, gdzie kieruje grupą badawczą zajmującą się podstawami mechaniki kwantowej i teorią informacji kwantowej; grupa rozwija QBism oraz bada powiązane z nim struktury matematyczne, w tym pomiary SIC-POVM.

+ Przebieg kariery zawodowej Lata Instytucja Stanowisko 1996–1999 California Institute of Technology Lee A. DuBridge Prize Fellow 2000–2007 Bell Labs członek personelu technicznego 2007–2013 Perimeter Institute for Theoretical Physics starszy pracownik naukowy 2013–2014 Raytheon BBN Technologies starszy naukowiec od 2015 University of Massachusetts Boston profesor (Distinguished Professor)

W maju 2000, gdy Fuchs odbywał staż podoktorski w Los Alamos National Laboratory, jego dom spłonął w pożarze Cerro Grande. Fuchs prowadził wówczas obszerną korespondencję e-mailową z badaczami z rodzącej się dziedziny informacji kwantowej i – jak to ujął, „robiąc kopię zapasową dysku” – opublikował jej zredagowany zbiór w serwisie arXiv. W 2011 ukazał się on nakładem Cambridge University Press jako książka Coming of Age with Quantum Information: Notes on a Paulian Idea.

Wkład w informację kwantową Poza pracami interpretacyjnymi Fuchs publikował w teorii informacji kwantowej. W rozprawie doktorskiej i późniejszych pracach badał miary wierności i rozróżnialności stanów kwantowych oraz związki między zaburzeniem stanu a informacją uzyskiwaną podczas pomiaru. Wspólnie z Asherem Peresem sformułował relacje nieoznaczoności wiążące przyrost informacji o stanie kwantowym z nieuniknionym zaburzeniem tego stanu. Nierówności Fuchsa–van de Graafa, sformułowane wspólnie z Jeroenem van de Graafem, łączą odległość śladową i wierność stanów kwantowych, dając narzędzia do porównywania stopnia ich rozróżnialności.

Fuchs był jednym z autorów koncepcji „nielokalności bez splątania” (): zbiorów produktowych stanów kwantowych, które można doskonale rozróżnić za pomocą pomiarów globalnych, lecz tylko niedoskonale przy pomiarach lokalnych i komunikacji klasycznej. Ta sama praca wprowadziła pojęcie „nierozszerzalnej bazy produktowej” (), które okazało się istotne dla wykazania, że kryterium Peresa–Horodeckich jest dla splątania warunkiem koniecznym, lecz niewystarczającym.

Współautorska praca Howarda Barnuma, Carltona Cavesa, Fuchsa, Richarda Jozsy i Benjamina Schumachera o niemożliwości rozgłaszania stanów mieszanych uogólniła intuicję znaną z twierdzenia o zakazie klonowania: nieprzemienne stany kwantowe nie mogą być kopiowane nawet w słabszym sensie jednoczesnego zachowania odpowiednich stanów zredukowanych.

Fuchs brał także udział w pracach nad kwantową wersją twierdzenia de Finettiego, ważną dla bayesowskiej interpretacji stanów kwantowych oraz dla tomografii kwantowej. Był ponadto współautorem pracy Unconditional Quantum Teleportation, w której zademonstrowano bezwarunkową teleportację stanu kwantowego światła z wykorzystaniem splątania; artykuł ukazał się w 1998 w Science i został wymieniony przez redakcję tego czasopisma wśród najważniejszych osiągnięć naukowych roku.

QBism

QBism (od ) jest interpretacją mechaniki kwantowej, która traktuje teorię jako narzędzie pozwalające każdemu działającemu podmiotowi oceniać i aktualizować oczekiwania co do wyników własnych działań na świecie. Stan kwantowy nie jest w tym ujęciu obiektywną własnością układu, lecz matematycznym zapisem przekonań agenta na jego temat, a reguła Borna pełni rolę normatywnego ograniczenia na spójne przypisywanie prawdopodobieństw. Pomiar rozumiany jest jako działanie podmiotu na świat zewnętrzny, a jego wynik – jako doświadczenie, które to działanie wywołuje; nie wszystkie elementy formalizmu są przy tym uznawane za subiektywne.

Fuchs rozwijał ten program między innymi z Cavesem, Rüdigerem Schackiem i N. Davidem Merminem. W przeglądowym artykule z 2013 Fuchs i Schack przedstawili QBism jako próbę aksjomatycznego i probabilistycznego przeformułowania teorii kwantowej, w której szczególną rolę odgrywa zapis prawdopodobieństw przez symetrycznie zupełne informacyjnie pomiary kwantowe (). W takim sformułowaniu reguła Borna przyjmuje postać kwantowego rozszerzenia bayesowskiej spójności: zamiast prawa przyrody określającego, które wyniki zachodzą, jest regułą wiążącą prawdopodobieństwa przypisywane wynikom referencyjnego pomiaru informacyjnie zupełnego z prawdopodobieństwami dowolnego innego pomiaru.

Ograniczenie to przybiera najprostszą postać, gdy pomiarem referencyjnym jest właśnie SIC-POVM, co czyni te pomiary przedmiotem zainteresowania programu QBismu i szerzej – informacyjnego opisu mechaniki kwantowej. Strukturami pokrewnymi SIC-POVM, takimi jak tzw. morfoforyczne POVM i uogólnione „qpleksy”, zajmowali się m.in. polscy matematycy Wojciech Słomczyński i Anna Szymusiak z Uniwersytetu Jagiellońskiego. Stanford Encyclopedia of Philosophy opisuje QBism jako rozwinięcie wcześniejszego bayesianizmu kwantowego, a nowsze prace z filozofii fizyki omawiają go w kontekście sporów o rekonstrukcje teorii kwantowej i status stanu kwantowego. Interpretacja ta jest też krytykowana; w literaturze filozoficznej formułowano wobec niej zarzuty skłonności ku solipsyzmowi, instrumentalizmu oraz nadmiernego subiektywizmu w pojmowaniu stanu kwantowego.

Recepcja i popularyzacja Prace Fuchsa nad podstawami mechaniki kwantowej były omawiane w prasie naukowej i popularnonaukowej. Współpracujący z Fuchsem N. David Mermin przedstawił QBism w Nature jako ujęcie, które przywraca użytkownika teorii do opisu praktyki naukowej, a popularyzował agentową interpretację „kwantowej dziwności” w Scientific American. Sylwetki Fuchsa i wywiady z nim ukazały się m.in. w Quanta Magazine, Physics World, Vox i Discover.

Wyróżnienia Według oficjalnego biogramu University of Massachusetts Boston i własnego CV Fuchs otrzymał International Quantum Communication Award w 2010, w 2012 został wybrany na członka () Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego, a w 2021 otrzymał przyznawaną przez University of Massachusetts Boston nagrodę Chancellor's Award for Distinguished Scholarship. Listę laureatów International Quantum Communication Award potwierdza także strona konferencji Tamagawa University poświęcona komunikacji, pomiarom i obliczeniom kwantowym.

Wybrane publikacje Distinguishability and Accessible Information in Quantum Theory (rozprawa doktorska, 1996). Noncommuting Mixed States Cannot Be Broadcast (z H. Barnumem, C. M. Cavesem, R. Jozsą i B. Schumacherem, 1996). Unconditional Quantum Teleportation (z A. Furusawą, J. L. Sørensenem, S. L. Braunsteinem, H. J. Kimble’em i E. S. Polzikiem, 1998). Cryptographic distinguishability measures for quantum-mechanical states (z J. van de Graafem, 1999). Coming of Age with Quantum Information: Notes on a Paulian Idea (2011). Quantum-Bayesian coherence (z R. Schackiem, 2013). An introduction to QBism with an application to the locality of quantum mechanics (z N. D. Merminem i R. Schackiem, 2014).

Zobacz też QBism informacja kwantowa interpretacje mechaniki kwantowej

Przypisy

Linki zewnętrzne Profil Christophera A. Fuchsa na University of Massachusetts Boston Strona grupy badawczej QBism na University of Massachusetts Boston Nagrania wykładów Christophera A. Fuchsa w archiwum PIRSA (w języku angielskim)

Kategoria:Amerykańscy fizycy XXI wieku Kategoria:Amerykańscy fizycy teoretyczni Kategoria:Fizycy kwantowi