contextualiteit

Contextualiteit is een concept in de fundamentele natuurkunde en wiskundige logica dat verwijst naar de afhankelijkheid van meetresultaten van de context waarin een meting plaatsvindt. In een context gaat het om welke andere metingen gelijktijdig of compatibel worden uitgevoerd. In een niet-contextuele (of contextvrije) theorie zouden de resultaten van een meting uitsluitend afgeleid kunnen worden uit de toestand van het systeem, ongeacht welke andere waarnemingen tegelijkertijd worden gedaan. In de kwantummechanica blijken veel voorspellingen echter contextafhankelijk te zijn.

Een kernidee van contextualiteit is dat niet alle kwantumtoestanden kunnen worden verklaard door lokale of contextvrije verborgen-variabelemodellen. De beroemde Kochen–Specker-stelling (1967) laat zien dat in ruimten met dimensie groter dan twee geen niet-contextueel verborgen-variabelenmodel alle kwantumvoorspellingen kan reproduceren. Daarmee wordt de mogelijkheid verworpen om “bepaalde” vooraf‑toegewezen meetwaarden toe te kennen aan alle observabels zonder rekening te houden met de meetcontext. Contextualiteit is daarmee breder dan lokale bandbreuken en heeft directe consequenties voor de interpretatie van realisme in de kwantumwereld.

Opmerkelijke voorbeelden en ontwikkelingen zijn onder meer het Peres–Mermin-kwadraat en de KCBS-inegaliteit, die metingen op een enkel systeem (zoals een qutrit) gebruiken om contextualiteit aan te tonen. In moderne formuleringen, zoals die van Spekkens, wordt contextualiteit uitgebreid naar operationele theorieën, met nadruk op voorbereiding, transformatie en meting. Contextualiteit wordt ook gezien als een bron voor quantum-enhanced informatieverwerking: sommige modellen suggereren dat contextuele bronnen nodig zijn voor kwantumsnelheidsonzuiverheden en voor het universaliseren van quantumberekeningen in bepaalde computationele modellen.

Tegenwoordig wordt contextualiteit experimenteel onderzocht met fotonen, ionen en superconducting qubits, en vormt het een focus van onderzoek in de fundamentele interpretatie van quantummechanica en in de ontwikkeling van quantumtechnologie.