Квантовите измервания могат да бъдат подпомогнати по случайност

Що се отнася до контрола на квантовите системи - размерът със сигурност има значение. По-големите системи - състоящи се от повече частици - бързо стават неуправляеми. Нов метод може да помогне на физиците да се справят с по-големи, по-деликатни квантови системи.

Многократното измерване на произволно избрани трансформации на отделни частици разкрива информация за степента на заплитане на една система. (IQOQI Инсбрук / M.R.Knabl)

Учените са в състояние да контролират малки квантови системи - да изследват техните квантови свойства - в продължение на много години. Такива симулации се считат за обещаващи ранни приложения на квантовите технологии, напредък, който би могъл да реши проблеми, при които симулациите на конвенционалните компютри се провалят.

Въпреки това, по-големите квантови системи се оказват по-трудни за справяне с експериментално - и тъй като квантовите системи, използвани като квантови симулатори, трябва да продължат да нарастват - така възниква и трудността при манипулирането им.

Част от тази трудност е фактът, че заплитането става все по-трудно за защита от срутване с увеличаване на броя на частиците. Това води до изключително деликатна процедура.

Кристиан Роос от Института по квантова оптика и квантова информация на Австрийската академия на науките обяснява: „За да работим в лаборатория квантов симулатор, състоящ се от десет или повече частици, трябва да характеризираме състоянията на системата възможно най-точно. . "

Досега квантовата състояние томография се използва за характеризиране на квантови състояния, с които системата може да бъде напълно описана. Проблемът е, тъй като този метод включва много усилия за измерване и изчисляване, той понастоящем не може да се използва за системи с повече от половин дузина частици.

Кристиан Роос заедно с колеги от Германия и Великобритания представи много ефективен метод за характеризиране на сложни квантови състояния само преди две години. Но с този метод могат да бъдат описани само слабо заплетени състояния.

Миналата година Питър Золер представи метод, който може да се справи с това усложнение и следователно може да се използва за характеризиране на всяко заплетено състояние. Работейки с експериментални физици Райнер Блат и Крисчън Роос и техния екип, те демонстрираха този метод в лабораторията.

Квантови симулации на по-големи системи

Физиците демонстрираха процеса в квантов симулатор, състоящ се от няколко йона, подредени подред във вакуумна камера. Изхождайки от обикновено състояние, изследователите позволиха на отделните частици да взаимодействат с малко помощ от лазерни импулси. Ето как се генерира заплитане в системата.

Андреас Елбен, част от екипа на Золер, обяснява: „Новият метод се основава на многократното измерване на произволно избрани трансформации на отделни частици. След това статистическата оценка на резултатите от измерванията предоставя информация за степента на заплитане на системата. "

Tiff Brydges, докторант от Института по квантова оптика и квантова информация, продължава: „Извършваме 500 локални трансформации на всеки йон и повтаряме измерванията общо 150 пъти, за да можем след това да използваме статистически методи за определяне на информация за състоянието на заплитане от резултатите от измерването. "

В статията, публикувана сега в списание Science, физиците от Инсбрук характеризират динамичното развитие на система, състояща се от десет йона, както и на подсистема, състояща се от десет йона от 20-йонна верига.

Роос, който се надява, че новият метод може да бъде успешно приложен към квантови системи с до няколко десетки частици, казва: „В лабораторията този нов метод ни помага много, защото ни дава възможност да разберем нашия квантов симулатор още по-добре и за например, за да се оцени по-точно чистотата на заплитането. "

За Золер най-важният аспект на изследването беше сътрудничеството: „Тази публикация показва още веднъж ползотворното сътрудничество между теоретичните физици и експерименталните физици тук, в Инсбрук.

„В Университета в Инсбрук и Института за квантова оптика и квантова информация на Австрийската академия на науките младите изследователи от двете области намират много добри условия за изследователска работа, която е конкурентоспособна в целия свят.“

Роос също се надява на по-нататъшно приложение на новия метод: „Второ приложение, което виждаме, е в експерименти с квантова симулация, където техниката може да помогне да се разбере как заплитането се разпространява в квантовите системи, когато съставните части на системата взаимодействат един с друг квантово механично.“

Оригинално изследване: http://dx.doi.org/10.1126/science.aau4963