Работа была опубликована на этой неделе в журнале Nature Communications группой исследователей из Университета Рочестера и Университета Глазго. В статье они демонстрируют прямые измерения квантового состояния, связанного с орбитальным угловым моментом.
«Наша работа показывает, что прямое измерение предлагает захватывающую альтернативу квантовой томографии», — сказал Роберт Бойд, профессор оптики и физики в Университете Рочестера и кафедры передовых исследований в области квантовой нелинейной оптики в Университете Оттавы. «Поскольку область квантовой информации продолжает развиваться, мы ожидаем, что прямое измерение будет играть в этом все более важную роль». Бойд добавил, что, хотя точно неясно, насколько более эффективное прямое измерение по сравнению с квантовой томографией, отсутствие постобработки является основным фактором ускорения прямых измерений.
Метод прямого измерения предлагает способ напрямую определить состояние квантовой системы. Впервые он был разработан в 2011 году учеными из Национального исследовательского совета Канады, которые использовали его для определения положения и импульса фотонов. В прошлом году группа исследователей из Рочестера / Оттавы во главе с Бойдом показала, что прямое измерение может применяться для измерения состояний поляризации света.
В новой статье этот метод впервые был применен к дискретной системе большой размерности.Такие прямые измерения волновой функции могли бы показаться исключенными из-за принципа неопределенности — идеи о том, что определенные свойства квантовой системы могут быть известны с точностью только в том случае, если другие свойства известны плохо. Однако прямое измерение включает в себя «уловку», которая делает это возможным.Прямые измерения состоят из двух типов измерений, выполняемых одно за другим: сначала «слабое» измерение, а затем «сильное» измерение.
В квантовой механике процесс измерения квантового состояния необратимо нарушает его — явление, называемое коллапсом волновой функции. Хитрость заключается в том, что первое измерение настолько мягкое, что лишь слегка нарушает работу системы и не вызывает коллапса волновой функции. «Это похоже на то, как заглядывать в коробку, чтобы увидеть, жив ли кот Шредингера, не открывая коробку полностью», — сказал ведущий автор доктор Мехул Малик, в настоящее время научный сотрудник Венского университета, получивший докторскую степень. .D. в группе Бойда, когда работа была выполнена. «Слабое измерение — это, по сути, плохое измерение, которое оставляет вас в основном неуверенным в том, жива кошка или мертва. Однако оно дает частичную информацию о здоровье кошки, которая при многократном повторении может привести к почти определенным результатам. информация о том, жив кот или мертв ». Малик добавляет, что прелесть слабого измерения в том, что оно не разрушает систему, в отличие от большинства стандартных измерений квантовой системы, позволяя проводить последующее измерение — «сильное» измерение другой переменной.
Эта последовательность слабых и сильных измерений затем повторяется для нескольких одинаково подготовленных квантовых систем, пока волновая функция не будет известна с требуемой точностью.