Квантовыя вымярэнні могуць дапамагчы выпадкова

Што тычыцца кіравання квантавымі сістэмамі - памер, безумоўна, мае значэнне. Больш буйныя сістэмы - якія складаюцца з больш часціц - хутка становяцца некіравальнымі. Новы метад можа дапамагчы фізікам вырашаць вялікія і далікатныя квантавыя сістэмы.

Шматразовае вымярэнне выпадкова адабраных пераўтварэнняў асобных часціц дазваляе даведацца пра ступень заблытанасці сістэмы. (IQOQI Інсбрук / MRKnabl)

Навукоўцы ўжо шмат гадоў могуць кантраляваць невялікія квантавыя сістэмы - даследаваць іх квантавыя ўласцівасці. Такія мадэляванні лічацца перспектыўнымі раннімі ўжываннямі квантавых тэхналогій, дасягненнямі якіх можна было б вырашыць праблемы, калі мадэляванне на звычайных кампутарах выходзіць з ладу.

Аднак з большымі квантавымі сістэмамі аказваецца больш складаным справіцца з эксперыментальным шляхам - і паколькі квантавыя сістэмы, якія выкарыстоўваюцца ў якасці квантавых трэнажораў, павінны працягваць расці, - гэта выклікае цяжкасці ў кіраванні імі.

Часткай гэтай складанасці з'яўляецца той факт, што заблытанне становіцца ўсё цяжэй абараніць ад разбурэння з павелічэннем колькасці часціц. Гэта прыводзіць да вельмі далікатнай працэдуры.

Крысціян Роос з Інстытута квантавай аптыкі і квантавай інфармацыі Аўстрыйскай акадэміі навук тлумачыць: "Для таго, каб у лабараторыі кіраваць квантавым сімулятарам, які складаецца з дзесяці і больш часціц, мы павінны як мага больш дакладна ахарактарызаваць стану сістэмы. "

Да гэтага часу для характарыстыкі квантавых станаў выкарыстоўвалася квантавая тамаграфія, з якой сістэму можна цалкам апісаць. Праблема заключаецца ў тым, што гэты метад прадугледжвае вялікую колькасць вымярэнняў і вылічэнняў, у цяперашні час ён не можа быць выкарыстаны для сістэм з больш чым паўтузіна часціц.

Крысціян Роос разам з калегамі з Германіі і Вялікабрытаніі прадставіў вельмі эфектыўны метад характарыстыкі складаных квантавых станаў усяго два гады таму. Але гэтым спосабам можна апісаць толькі слаба заблытаныя стану.

У мінулым годзе Пітэр Золер увёў метад, які мог бы справіцца з гэтым ускладненнем і таму можа быць выкарыстаны для характарыстыкі любога заблытанага стану. Працуючы з фізікамі-эксперыментамі Рэйнэрам Блатам і Крысціянам Роосам і іх камандай, яны прадэманстравалі гэты метад у лабараторыі.

Квантовае мадэляванне на вялікіх сістэмах

Фізікі прадэманстравалі працэс у квантавым сімулятары, які складаецца з некалькіх іёнаў, размешчаных запар у вакуумнай камеры. Пачынаючы з простага стану, даследчыкі дазволілі асобным часціцам ўзаемадзейнічаць з невялікай дапамогай лазерных імпульсаў. Вось так стварылася заблытанне ў сістэме.

Андрэас Эльбен, частка каманды Золера, тлумачыць: "Новы метад заснаваны на неаднаразовым вымярэнні выпадкова адабраных пераўтварэнняў асобных часціц. Статыстычная ацэнка вынікаў вымярэнняў дае потым інфармацыю пра ступень заблытанасці сістэмы ".

Tiff Brydges, аспірант з Інстытута квантавай оптыкі і квантавай інфармацыі, працягвае: "Мы выконваем 500 мясцовых пераўтварэнняў на кожны іён і паўтараем вымярэння ў агульнай складанасці 150 разоў, каб потым мець магчымасць выкарыстоўваць статыстычныя метады для вызначэння інфармацыі пра стан заблытанасці ў выніку вымярэнняў ".

У артыкуле, які цяпер апублікаваны ў часопісе Science, фізікі Інсбрука характарызуюць дынамічнае развіццё сістэмы, якая складаецца з дзесяці іёнаў, а таксама падсістэмы, якая складаецца з дзесяці іёнаў 20-іённай ланцуга.

Роўс, які спадзяецца, што новы метад можа быць паспяхова ўжыты ў квантавых сістэмах з некалькімі дзясяткамі часціц, кажа: "У лабараторыі гэты новы метад нам вельмі дапамагае, бо дазваляе нам яшчэ лепш зразумець наш квантавы сімулятар. напрыклад, для больш дакладнай ацэнкі чысціні заблытанасці ».

Для Золлера найбольш важным аспектам даследавання было супрацоўніцтва: "Гэта выданне яшчэ раз паказвае плённую супрацу паміж фізікамі-тэарэтыкамі і фізікамі-эксперыментамі тут, у Інсбруку.

"У Універсітэце Інсбрука і Інстытуце квантавай оптыкі і квантавай інфармацыі Аўстрыйскай акадэміі навук маладыя даследчыкі абедзвюх абласцей знаходзяць вельмі добрыя ўмовы для навукова-даследчай працы, канкурэнтаздольнай ва ўсім свеце".

Таксама Раос спадзяецца на далейшае прымяненне новага метаду: "Другое прымяненне, якое мы бачым, - гэта эксперыменты з квантавым мадэляваннем, дзе гэтая тэхніка можа дапамагчы зразумець, як заблытанне распаўсюджваецца ў квантавых сістэмах, калі складнікі сістэмы ўзаемадзейнічаюць паміж сабой квантамі механічна".

Арыгінальнае даследаванне: http://dx.doi.org/10.1126/science.aau4963