Kvantnim mjerenjima može pomoći slučajnost

Kada je riječ o kontroli kvantnih sustava - veličina je svakako bitna. Veći sustavi - koji se sastoje od više čestica - brzo postaju neizvodljivi. Nova metoda može pomoći fizičarima u rješavanju većih i osjetljivijih kvantnih sustava.

Ponovljeno mjerenje nasumično odabranih transformacija pojedinih čestica otkriva podatke o stupnju zapletenosti sustava. (IQOQI Innsbruck / M.R.Knabl)

Znanstvenici su već dugi niz godina sposobni kontrolirati male kvantne sustave - istražujući njihova kvantna svojstva. Takve se simulacije smatraju obećavajućim ranim primjenama kvantnih tehnologija, napretkom koji bi mogao riješiti probleme kad simulacije na konvencionalnim računalima ne uspiju.

Međutim, čini se da je veće kvantne sustave teže eksperimentalno rješavati - i kako kvantni sustavi koji se koriste kao kvantni simulator moraju nastaviti rasti - tako i poteškoće s njima manipuliraju.

Dio ove poteškoće čini činjenica da se zbog zapetljavanja sve teže štiti od urušavanja sve većim brojem čestica. To rezultira izuzetno delikatnim postupkom.

Christian Roos s Instituta za kvantnu optiku i kvantne informacije na Austrijskoj akademiji znanosti, objašnjava: „Da bismo u laboratoriju radili kvantni simulator koji se sastoji od deset ili više čestica, moramo što preciznije okarakterizirati stanja sustava. „.

Do sada se za opisivanje kvantnih stanja koristi kvantna tomografija stanja s kojom se sustav može u potpunosti opisati. Problem je u tome što ova metoda uključuje mnogo napora za mjerenje i računanje, a trenutno se ne može koristiti za sustave koji imaju više od pola tuceta čestica.

Christian Roos je zajedno s kolegama iz Njemačke i Velike Britanije prije samo dvije godine predstavio vrlo učinkovitu metodu za karakterizaciju složenih kvantnih stanja. Ali, ovom se metodom mogu opisati samo slabo zapletena stanja.

Prošle godine Peter Zoller uveo je metodu koja bi se mogla nositi s tom komplikacijom i stoga se može koristiti za karakterizaciju bilo kojeg zapetljanog stanja. Radeći s eksperimentalnim fizičarima Rainerjem Blattom i Christianom Roosom i njihovim timom, oni su ovu metodu demonstrirali u laboratoriju.

Kvantne simulacije na većim sustavima

Fizičari su pokazali postupak u kvantnom simulatoru koji se sastoji od nekoliko iona raspoređenih u nizu u vakuumskoj komori. Polazeći od jednostavnog stanja, istraživači su dopustili interakcijama pojedinih čestica uz malu pomoć laserskih impulsa. Tako je nastalo zapletanje u sustavu.

Andreas Elben, dio Zollerovog tima, objašnjava: „Nova metoda temelji se na opetovanom mjerenju nasumično odabranih transformacija pojedinih čestica. Statistička procjena rezultata mjerenja tada daje podatke o stupnju zamršenosti sustava. "

Tiff Brydges, doktorski student s Instituta za kvantnu optiku i kvantne informacije, nastavlja: "Izvodimo 500 lokalnih transformacija na svakom ionu i ponovimo mjerenja ukupno 150 puta kako bismo potom mogli koristiti statističke metode za utvrđivanje podataka o stanje zapetljanja iz rezultata mjerenja. "

U radu, sada objavljenom u časopisu Science, fizičari iz Innsbrucka karakteriziraju dinamički razvoj sustava koji se sastoji od deset iona, kao i podsustava koji se sastoji od deset iona 20-ionskog lanca.

Roos, koji se nada da se nova metoda može uspješno primijeniti na kvantne sustave s do nekoliko desetaka čestica, kaže: „U laboratoriju nam ova nova metoda puno pomaže jer nam omogućuje da još bolje razumijemo naš kvantni simulator i na primjer, da preciznije procijeni čistoću ometanja. "

Za Zollera najvažniji aspekt studije bila je suradnja: „Ova publikacija još jednom pokazuje plodnu suradnju između teorijskih fizičara i eksperimentalnih fizičara ovdje u Innsbrucku.

"Na Sveučilištu u Innsbrucku i Institutu za kvantnu optiku i kvantnu informaciju Austrijske akademije znanosti mladi istraživači s oba područja nalaze vrlo dobre uvjete za istraživački rad koji je konkurentan širom svijeta."

Roos se također nada daljnjim primjenama nove metode: "Druga primjena koju vidimo je u eksperimentima kvantne simulacije u kojoj bi tehnika mogla pomoći da shvatimo kako se zapletanje širi u kvantnim sustavima kada sastavni dijelovi sustava mehanički međusobno djeluju."

Izvorno istraživanje: http://dx.doi.org/10.1126/science.aau4963