Kvantmõõtmist võib aidata juhus

Kvantrisüsteemide juhtimisel - suurus on kindlasti oluline. Suuremad süsteemid, mis koosnevad rohkematest osakestest, muutuvad kiiresti juhitamatuks. Uus meetod võib aidata füüsikutel lahendada suuremaid, delikaatsemaid kvantisüsteeme.

Üksikute osakeste juhuslikult valitud muundumiste korduv mõõtmine näitab teavet süsteemi takerdumise astme kohta. (IQOQI Innsbruck / MRKnabl)

Teadlased on juba aastaid suutnud kontrollida väikesi kvantisüsteeme - uurida nende kvantomadusi. Selliseid simulatsioone peetakse kvanttehnoloogiate paljutõotavateks varajasteks rakendusteks, edusammudeks, mis võivad lahendada probleeme, kui simulatsioonid tavapärastes arvutites ebaõnnestuvad.

Suuremate kvantisüsteemidega on aga katseliselt keerulisem hakkama saada - ja kuna kvantisimulaatoritena kasutatavaid kvantisüsteeme peab jätkuvalt kasvama -, siis ka nende manipuleerimisega on keeruline.

Selle raskuse üheks osaks on asjaolu, et takerdumist on üha suurenevate osakeste arvu tõttu üha raskem kaitsta kokkukukkumise eest. Selle tulemuseks on äärmiselt delikaatne protseduur.

Christian Roos Austria Teaduste Akadeemia kvantoptika ja kvantteabe instituudist selgitab: “Selleks, et laboris töötaks kümnest või enamast osakesest koosnev kvantimulaator, peame süsteemi olekuid võimalikult täpselt iseloomustama. . ”

Siiani on kvant olekute iseloomustamiseks kasutatud kvant oleku tomograafiat, millega saab süsteemi täielikult kirjeldada. Probleem on selles, et kuna see meetod hõlmab palju mõõtmis- ja arvutuspingutusi, ei saa seda praegu kasutada süsteemides, milles on üle poole tosina osakese.

Christian Roos tutvustas koos Saksamaa ja Suurbritannia kolleegidega vaid kaks aastat tagasi väga tõhusat meetodit keerukate kvantseisundite iseloomustamiseks. Kuid selle meetodiga saab kirjeldada ainult nõrgalt takerdunud olekuid.

Eelmisel aastal tutvustas Peter Zoller meetodit, mis võimaldaks seda tüsistust lahendada ja mida saaks seetõttu kasutada iga takerdunud oleku iseloomustamiseks. Koostöös eksperimentaalfüüsikute Rainer Blati ja Christian Roose ning nende meeskonnaga on nad nüüd seda meetodit laboris demonstreerinud.

Kvantsimulatsioonid suuremates süsteemides

Füüsikud demonstreerisid protsessi kvantimulaatoril, mis koosnes mitmest ioonist, mis paigutati järjest vaakumkambrisse. Alustades lihtsast olekust lubasid teadlased üksikutel osakestel vähest laserimpulsside abiga suhelda. Nii tekkis süsteemi takerdumine.

Andreas Elben, kes kuulub Zolleri meeskonda, selgitab: „Uus meetod põhineb üksikute osakeste juhuslikult valitud muundumiste korduval mõõtmisel. Mõõtmistulemuste statistiline hinnang annab seejärel teavet süsteemi takerdumise astme kohta. ”

Tiff Brydges, kvantoptika ja kvantteabe instituudi doktorant, jätkab: „Teostame igal ioonil 500 kohalikku muundumist ja kordame mõõtmisi kokku 150 korda, et saaksime seejärel kasutada statistilisi meetodeid teabe määramiseks takerdumisseisund mõõtmistulemustest. ”

Nüüd ajakirjas Science avaldatud artiklis iseloomustavad Innsbrucki füüsikud nii kümnest ioonist koosneva süsteemi kui ka 20-ioonse ahela kümnest ioonist koosneva alamsüsteemi dünaamilist arengut.

Roos, kes loodab, et uut meetodit saab edukalt rakendada kuni mitmekümne osakesega kvantisüsteemides, ütleb: “Laboris aitab see uus meetod meile palju, sest see võimaldab meil kvantimulaatorist veelgi paremini aru saada ja näide, et hinnata läbitungimise puhtust täpsemalt. ”

Zolleri jaoks oli uuringu olulisim aspekt koostöö: “See väljaanne näitab taaskord viljakat koostööd teoreetiliste füüsikute ja siinsete Innsbrucki eksperimentaalfüüsikute vahel.

"Innsbrucki ülikoolis ja Austria Teaduste Akadeemia kvantoptika ja kvantteabe instituudis leiavad mõlema valdkonna noored teadlased väga head tingimused kogu maailmas konkurentsivõimeliseks uurimistööks."

Roos loodab uue meetodi jaoks ka edasisi rakendusi: "Teine rakendus, mida näeme, on kvantimulatsiooni katsed, kus tehnika võib aidata mõista, kuidas takerdumine levib kvantsüsteemides, kui süsteemi komponendid interakteeruvad üksteisega kvantmehaaniliselt."

Algne uurimistöö: http://dx.doi.org/10.1126/science.aau4963