Pengukuran kuantum dapat dibantu oleh kebetulan

Ketika datang untuk mengendalikan sistem kuantum - ukuran paling penting. Sistem yang lebih besar - terdiri dari lebih banyak partikel - dengan cepat menjadi tidak terkelola. Metode baru dapat membantu fisikawan menangani sistem kuantum yang lebih besar dan lebih rumit.

Pengukuran berulang dari transformasi yang dipilih secara acak dari partikel individu mengungkapkan memberikan informasi tentang tingkat keterjeratan suatu sistem. (IQOQI Innsbruck / M.R.Knabl)

Para ilmuwan telah mampu mengendalikan sistem kuantum kecil - menyelidiki sifat kuantum mereka - selama bertahun-tahun. Simulasi semacam itu dianggap sebagai aplikasi awal yang menjanjikan dari teknologi kuantum, kemajuan yang dapat memecahkan masalah ketika simulasi pada komputer konvensional gagal.

Namun, sistem kuantum yang lebih besar terbukti lebih sulit untuk ditangani secara eksperimental - dan karena sistem kuantum yang digunakan sebagai simulator kuantum harus terus tumbuh - demikian juga kesulitan dalam memanipulasi mereka.

Bagian dari kesulitan ini adalah fakta bahwa keterikatan menjadi semakin sulit untuk dilindungi dari kehancuran dengan meningkatnya jumlah partikel. Ini menghasilkan prosedur yang sangat rumit.

Christian Roos dari Institute of Quantum Optik dan Informasi Quantum di Akademi Ilmu Pengetahuan Austria, menjelaskan: “Untuk mengoperasikan simulator kuantum yang terdiri dari sepuluh atau lebih partikel di laboratorium, kita harus mengkarakterisasi keadaan sistem seakurat mungkin. "

Sejauh ini, tomografi keadaan kuantum telah digunakan untuk karakterisasi keadaan kuantum, yang dengannya sistem dapat sepenuhnya dijelaskan. Masalahnya adalah, karena metode ini melibatkan banyak upaya pengukuran dan komputasi, saat ini tidak dapat digunakan untuk sistem dengan lebih dari setengah lusin partikel.

Christian Roos, bersama dengan rekan-rekan dari Jerman dan Inggris, mempresentasikan metode yang sangat efisien untuk karakterisasi negara kuantum kompleks hanya dua tahun lalu. Tetapi, hanya kondisi terjerat yang lemah yang dapat dijelaskan dengan metode ini.

Tahun lalu Peter Zoller memperkenalkan metode yang dapat menangani komplikasi ini dan karena itu dapat digunakan untuk mengkarakterisasi setiap keadaan yang terjerat. Bekerja dengan fisikawan eksperimental Rainer Blatt dan Christian Roos dan tim mereka, mereka sekarang telah menunjukkan metode ini di laboratorium.

Simulasi kuantum pada sistem yang lebih besar

Fisikawan mendemonstrasikan proses dalam simulator kuantum yang terdiri dari beberapa ion yang tersusun dalam satu baris dalam ruang hampa udara. Berawal dari keadaan sederhana, para peneliti mengizinkan partikel-partikel individu untuk berinteraksi dengan sedikit bantuan dari pulsa laser. Begitulah keterikatan yang dihasilkan dalam sistem.

Andreas Elben, bagian dari tim Zoller, menjelaskan: “Metode baru ini didasarkan pada pengukuran berulang dari transformasi individual partikel yang dipilih secara acak. Evaluasi statistik dari hasil pengukuran kemudian memberikan informasi tentang tingkat keterjeratan sistem. "

Tiff Brydges, seorang mahasiswa PhD dari Institute of Quantum Optics dan Quantum Information, melanjutkan: “Kami melakukan 500 transformasi lokal pada setiap ion dan mengulangi pengukuran total 150 kali agar kemudian dapat menggunakan metode statistik untuk menentukan informasi tentang keadaan keterikatan dari hasil pengukuran. "

Dalam makalah, sekarang diterbitkan dalam jurnal Science, fisikawan Innsbruck mencirikan pengembangan dinamis dari sistem yang terdiri dari sepuluh ion serta subsistem yang terdiri dari sepuluh ion dari rantai 20-ion.

Roos, yang berharap bahwa metode baru dapat berhasil diterapkan pada sistem kuantum dengan hingga beberapa lusin partikel, mengatakan: "Di laboratorium, metode baru ini banyak membantu kita karena memungkinkan kita untuk memahami simulator kuantum kita dengan lebih baik dan, untuk contoh, untuk menilai kemurnian belitan dengan lebih tepat. "

Bagi Zoller, aspek terpenting dari penelitian ini adalah kerja sama: “Publikasi ini sekali lagi menunjukkan kerja sama yang bermanfaat antara fisikawan teoretis dan fisikawan eksperimental di Innsbruck.

"Di Universitas Innsbruck dan Institut Optik Quantum dan Informasi Quantum dari Akademi Ilmu Pengetahuan Austria, para peneliti muda dari kedua bidang menemukan kondisi yang sangat baik untuk pekerjaan penelitian yang kompetitif di seluruh dunia."

Roos juga berharap untuk aplikasi lebih lanjut untuk metode baru: "Aplikasi kedua yang kita lihat adalah dalam eksperimen simulasi kuantum di mana teknik ini dapat membantu untuk memahami bagaimana keterjeratan menyebar dalam sistem kuantum ketika konstituen dari sistem berinteraksi satu sama lain secara mekanika kuantum."

Penelitian asli: http://dx.doi.org/10.1126/science.aau4963