A kvantumméréseket a véletlen egybeesés segítheti elő

A kvantumrendszerek vezérlésekor a méret minden bizonnyal számít. A nagyobb részecskékből álló rendszerek gyorsan kezelhetetlenné válnak. Egy új módszer segíthet a fizikusoknak a nagyobb, érzékenyebb kvantumrendszerek kezelésében.

Az egyes részecskék véletlenszerűen kiválasztott transzformációinak ismételt mérése felfedi a rendszer összefonódásának mértékét. (IQOQI Innsbruck / M.R.Knabl)

A tudósok évek óta képesek ellenőrizni a kis kvantumrendszereket - megvizsgálva kvantumtulajdonságukat. Az ilyen szimulációkat a kvantumtechnológiák ígéretes korai alkalmazásainak tekintik, olyan fejlesztéseknek, amelyek megoldhatják a problémákat, ha a hagyományos számítógépeknél a szimulációk meghiúsulnak.

Ugyanakkor a nagyobb kvantumrendszerek nehezebben kezelhetők kísérletileg - és mivel a kvantumszimulátorokként használt kvantumrendszereknek tovább kell növekedniük -, az ilyen manipuláció nehézsége is megmutatkozik.

Ennek a nehézségnek egy része az a tény, hogy a beilleszkedést egyre nehezebbé teszik az összeomlás elleni védelem a növekvő számú részecskékkel. Ez rendkívül kényes eljárást eredményez.

Christian Roos az Osztrák Tudományos Akadémia Kvantumoptikai és Kvantuminformációs Intézetéből elmagyarázza: „Annak érdekében, hogy a laboratóriumban legalább tíz részecskéből álló kvantumszimulátort működtessünk, a lehető legpontosabban kell jellemeznünk a rendszer állapotát. .”

Eddig a kvantumállapot-tomográfiát használták a kvantumállapotok jellemzésére, amellyel a rendszer teljesen leírható. A probléma az, hogy mivel ez a módszer nagyon sok mérési és számítási erőfeszítést igényel, jelenleg nem használható fel olyan rendszereknél, amelyekben több mint fél tucat részecske található.

Christian Roos, Németország és Nagy-Britannia kollégáival együtt, mindössze két évvel ezelőtt bemutatott egy nagyon hatékony módszert a komplex kvantumállamok jellemzésére. De csak a gyengén összefonódott állapotok írhatók le ezzel a módszerrel.

Tavaly Peter Zoller olyan módszert vezet be, amely képes kezelni ezt a komplikációt, és ezért felhasználható minden összefonódott állapot jellemzésére. Rainer Blatt és Christian Roos kísérleti fizikusokkal és csapatukkal együttműködve most bemutatták ezt a módszert a laboratóriumban.

Kvantumszimulációk nagyobb rendszereknél

A fizikusok egy kvantumszimulátorban demonstrálják, amely több ionból áll, egymás után elrendezve egy vákuumkamrában. Egy egyszerű állapotból kiindulva a kutatók lehetővé tették, hogy az egyes részecskék kölcsönhatásba lépjenek egy kis lézerimpulzus segítségével. Így jött létre a rendszerbe az összefonódás.

Andreas Elben, a Zoller csapatának része: „Az új módszer az egyes részecskék véletlenszerűen kiválasztott transzformációinak ismételt mérésén alapszik. A mérési eredmények statisztikai kiértékelése ezután információkat szolgáltat a rendszer beolvadásának mértékéről. ”

Tiff Brydges, a Kvantumoptikai és Kvantuminformációs Intézet doktori hallgatója folytatja: „Minden ionon 500 helyi átalakítást hajtunk végre, és a méréseket összesen 150 alkalommal megismételjük, hogy statisztikai módszereket tudjunk alkalmazni az a beolvadási állapot a mérési eredményekből. ”

Az innsbrucki fizikusok a Science folyóiratban megjelent cikkben egy tíz ionból álló rendszer, valamint egy 20-ionos lánc tíz ionból álló alrendszer dinamikus fejlődését jellemzik.

Roos, aki azt reméli, hogy az új módszer sikeresen alkalmazható akár több tucat részecskés kvantumrendszerekre, azt mondja: “A laboratóriumban ez az új módszer sokat segít nekünk, mert lehetővé teszi, hogy még jobban megértsük a kvantumszimulátorunkat, és példa az összefonódás tisztaságának pontosabb felmérésére. ”

Zoller számára a tanulmány legfontosabb szempontja az együttműködés volt: „Ez a kiadvány ismét megmutatja az innsbrucki elméleti fizikusok és a kísérleti fizikusok közötti gyümölcsöző együttműködést.

"Az innsbrucki egyetemen és az Osztrák Tudományos Akadémia Kvantumoptikai és Kvantuminformációs Intézetében mindkét terület fiatal kutatói nagyon jó feltételeket találnak a világszerte versenyképes kutatási munkához."

Roos az új módszer további alkalmazásaira is számít: "A második alkalmazás, amelyet látunk, kvantumszimulációs kísérletekben zajlik, ahol a technika segíthet megérteni, hogy az összefonódás hogyan terjed kvantumrendszerekben, amikor a rendszer alkotóelemei egymással kvantummal kölcsönhatásba lépnek."

Eredeti kutatás: http://dx.doi.org/10.1126/science.aau4963