量子測定は偶然によって助けられるかもしれません

量子システムの制御に関しては、サイズが最も重要です。 より大きなシステム(より多くの粒子で構成される)は、すぐに管理できなくなります。 新しい方法は、物理学者がより大きく、よりデリケートな量子システムに取り組むのを助けるかもしれません。

ランダムに選択された個々の粒子の変換を繰り返し測定すると、システムのもつれの程度に関する情報が明らかになります。 (IQOQIインスブルック/ MRKnabl)

科学者は長年、小さな量子システムを制御する(量子特性を調査する)ことができました。 このようなシミュレーションは、従来のコンピューターでのシミュレーションが失敗する問題を解決できる進歩である量子技術の有望な初期の応用と考えられています。

ただし、量子システムが大きくなると、実験的に処理することが難しくなり、量子シミュレータとして使用される量子システムは成長し続ける必要があるため、操作が難しくなります。

この困難の一部は、粒子の数が増えるにつれて、もつれを崩壊から保護することがますます難しくなるという事実です。 これは非常にデリケートな手順になります。

オーストリア科学アカデミーの量子光学研究所および量子情報研究所のクリスチャン・ルースは、次のように説明しています。「実験室で10個以上の粒子からなる量子シミュレーターを操作するには、システムの状態をできるだけ正確に特性評価する必要があります。 。」

これまでのところ、量子状態トモグラフィーは、システムを完全に説明できる量子状態の特性評価に使用されてきました。 問題は、この方法は測定と計算に多大な労力を必要とするため、現在、6ダースを超える粒子を含むシステムでは使用できないことです。

クリスチャン・ルースは、ドイツとイギリスの同僚とともに、わずか2年前に複雑な量子状態を特徴付けるための非常に効率的な方法を提示しました。 しかし、この方法では、絡み合いの弱い状態しか記述できません。

ピーターゾラーは昨年、この複雑化に対処できる方法を導入しました。したがって、絡み合った状態を特徴付けるために使用できます。 実験物理学者のライナー・ブラットとクリスチャン・ルースおよび彼らのチームと協力して、彼らは現在、この方法を実験室で実証しました。

大規模システムでの量子シミュレーション

物理学者たちは、真空チャンバー内に一列に並べられたいくつかのイオンからなる量子シミュレーターでプロセスを実証しました。 単純な状態から始めて、研究者たちは個々の粒子がレーザーパルスからの少しの助けと相互作用することを許可しました。 このようにして、システムでエンタングルメントが生成されました。

Zollerのチームの一員であるAndreas Elbenは次のように説明しています。「この新しい方法は、ランダムに選択された個々の粒子の変換を繰り返し測定することに基づいています。 次に、測定結果の統計的評価により、システムのもつれの程度に関する情報が提供されます。」

Institute of Quantum Optics and Quantum InformationのPhD学生であるTiff Brydges氏は、次のように続けます。「統計情報を決定するための統計的手法を使用できるように、各イオンに対して500回の局所変換を実行し、合計150回測定を繰り返します。測定結果からの絡み合い状態。」

現在、サイエンス誌に掲載されているこの論文では、インスブルックの物理学者が、10イオンで構成されるシステムと、20イオンチェーンの10イオンで構成されるサブシステムの動的開発を特徴付けています。

新しい方法が数十粒子までの量子システムにうまく適用できることを期待しているRoosは次のように述べています。「研究室では、この新しい方法は私たちの量子シミュレーターをさらによく理解できるため、たとえば、もつれの純度をより正確に評価するためです。」

ゾラーにとって、研究の最も重要な側面は協力でした。「この出版物は、ここインスブルックの理論物理学者と実験物理学者の間の実り多い協力をもう一度示しています。

「インスブルック大学とオーストリア科学アカデミーの量子光学研究所と量子情報研究所では、両方の分野の若手研究者が、世界中で競争力のある研究活動のための非常に良い条件を見つけています。」

Roosは新しい方法のさらなる応用も期待しています:「私たちが目にする2つ目の応用は、量子シミュレーション実験であり、この手法は、システムの構成要素が互いに量子力学的に相互作用するときに量子システムでエンタングルメントがどのように広がるかを理解するのに役立ちます。」

元の研究:http://dx.doi.org/10.1126/science.aau4963