Afgrænsning af minimumstiden for en kvantemåling

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Nathan Shetell¹, Federico Centrone², og Luis Pedro García-Pintos^3,4

¹Center for Quantum Technologies, National University of Singapore, Singapore 117543, Singapore
²ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, Barcelona Institute of Science and Technology, 08860 Castelldefels (Barcelona), Spanien
³Joint Center for Quantum Information and Computer Science og Joint Quantum Institute, University of Maryland, College Park, Maryland 20742, USA
⁴Teoretisk afdeling (T4), Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico 87545, USA

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Målinger spiller en enestående rolle i kvanteteorien. Selvom de ofte idealiseres som en øjeblikkelig proces, er dette i konflikt med alle andre fysiske processer i naturen. I dette brev indtager vi et standpunkt, hvor interaktionen med et miljø er en afgørende ingrediens for forekomsten af en måling. Inden for denne ramme udleder vi nedre grænser for den tid, det tager for en måling at finde sted. Vores bundne skalerer proportionalt med ændringen i entropi af det målte system og falder, efterhånden som antallet af mulige måleresultater eller interaktionsstyrken, der driver målingen, stiger. Vi evaluerer vores bund i to eksempler, hvor miljøet er modelleret af bosoniske tilstande, og måleapparatet er modelleret af spins eller bosoner.

Bounding the Minimum Time of a Quantum Measurement PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

► BibTeX-data

@article{Shettell2023boundingminimumtime, doi = {10.22331/q-2023-11-14-1182}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-11-14-1182}, titlen = {Bounding the {M}minimum {T}tid for en {Q}uantum {M}målning}, forfatter = {Shettell, Nathan og Centrone, Federico og Garc{'{i}}a-Pintos, Luis Pedro}, journal = {{ Quantum}}, issn = {2521-327X}, udgiver = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, bind = {7}, sider = {1182}, måned = nov, år = {2023} }

► Referencer

[1] N. Bohr et al., Kvantepostulatet og den seneste udvikling af atomteori, Vol. 3 (Trykt i Storbritannien af R. & R. Clarke, Limited, 1928).

[2] EP Wigner, Review of the quantum-mechanical measurement problem, Science, Computers, and the Information Onslaught, 63 (1984).
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-404970-3.50011-2

[3] J. Bub og I. Pitowsky, To dogmer om kvantemekanik, Mange verdener, 433 (2010).

[4] M. Schlosshauer, J. Kofler og A. Zeilinger, Et øjebliksbillede af grundlæggende holdninger til kvantemekanik, Studies in History and Philosophy of Science Del B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics 44, 222 (2013).
https:///doi.org/10.1016/j.shpsb.2013.04.004

[5] W. Heisenberg, Kvanteteoriens fysiske principper (Courier Corporation, 1949).

[6] HP Stapp, The copenhagen interpretation, American journal of physics 40, 1098 (1972).
https:///doi.org/10.1119/1.1986768

[7] J. von Neumann, Mathematical foundations of quantum mechanics: New edition (Princeton university press, 2018).

[8] Č. Brukner, On the quantum measurement problem, i Quantum [Un] Speakables II (Springer International Publishing, 2017) s. 95-117.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-38987-5_5

[9] WH Zurek, Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classic, Reviews of modern physics 75, 715 (2003).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.75.715

[10] WH Zurek, Quantum darwinism, Nature physics 5, 181 (2009).
https://doi.org/10.1038/nphys1202

[11] M. Schlosshauer, Dekohærens, måleproblemet og kvantemekanikkens fortolkninger, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.76.1267

[12] MA Schlosshauer, Dekohærens: og den kvante-til-klassiske overgang (Springer Science & Business Media, 2007).

[13] HD Zeh, Om fortolkning af måling i kvanteteori, Fundamenter af fysik 1, 69 (1970).
https:///doi.org/10.1007/BF00708656

[14] E. Joos og HD Zeh, Fremkomsten af klassiske egenskaber gennem interaktion med miljøet, Zeitschrift für Physik B Condensed Matter 59, 223 (1985).
https:///doi.org/10.1007/BF01725541

[15] M. Schlosshauer, Quantum decoherence, Physics Reports 831, 1 (2019).
https:///doi.org/10.1016/j.physrep.2019.10.001

[16] M. Brune, E. Hagley, J. Dreyer, X. Maitre, A. Maali, C. Wunderlich, J. Raimond og S. Haroche, Observerer den progressive dekohærens af "meteret" i en kvantemåling, Physical Review Letters 77, 4887 (1996).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.4887

[17] AN Jordan og AN Korotkov, Uncollapsing the wavefunction ved at fortryde kvantemålinger, Contemporary Physics 51, 125 (2010).
https:///doi.org/10.1080/00107510903385292

[18] ZK Minev, SO Mundhada, S. Shankar, P. Reinhold, R. Gutiérrez-Jáuregui, RJ Schoelkopf, M. Mirrahimi, HJ Carmichael og MH Devoret, To catch and reverse a quantum jump mid-flight, Nature 570, 200 ( 2019).
https:///doi.org/10.1038/s41586-019-1287-z

[19] M. Carlesso, S. Donadi, L. Ferialdi, M. Paternostro, H. Ulbricht og A. Bassi, Nuværende status og fremtidige udfordringer ved ikke-interferometriske test af kollapsmodeller, Nature Physics 18, 243 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41567-021-01489-5

[20] H.-P. Breuer, F. Petruccione, et al., Theory of open quantum systems (Oxford University Press on Demand, 2002).

[21] N. Margolus og LB Levitin, Den maksimale hastighed af dynamisk evolution, Physica D: Nonlinear Phenomena 120, 188 (1998).
https://doi.org/10.1016/S0167-2789(98)00054-2

[22] MM Taddei, BM Escher, L. Davidovich og RL de Matos Filho, Kvantehastighedsgrænse for fysiske processer, Fysisk revisionsbreve 110, 050402 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.050402

[23] A. del Campo, IL Egusquiza, MB Plenio og SF Huelga, Kvantehastighedsgrænser i åben systemdynamik, Phys. Rev. Lett. 110, 050403 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.050403

[24] S. Deffner og E. Lutz, Kvantehastighedsgrænse for ikke-markovisk dynamik, Physical review letters 111, 010402 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.010402

[25] LP García-Pintos, SB Nicholson, JR Green, A. del Campo og AV Gorshkov, Forenende kvante- og klassiske hastighedsgrænser på observerbare, Physical Review X 12, 011038 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.12.011038

[26] P. Strasberg, K. Modi og M. Skotiniotis, Hvor lang tid tager det at implementere en projektiv måling?, European Journal of Physics 43, 035404 (2022).
https://doi.org/10.1088/1361-6404/ac5a7a

[27] WH Zurek, Pointer basis of quantum apparatus: I hvilken blanding kollapser bølgepakken?, Physical review D 24, 1516 (1981).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.24.1516

[28] Man kan være bekymret over en 'fuzzy' definition af måling, der er afhængig af, at systemets tilstand blot bliver tæt på $rho ^ mathcal {QA}_ mathcal {M}$. Mere bestemte, objektive forestillinger opstår, hvis kvantetyngdekraften indebærer fundamentale usikkerheder i målinger GambiniLPPullin2019.

[29] V. Vedral, Rollen af relativ entropi i kvanteinformationsteori, Rev. Mod. Phys. 74, 197 (2002).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.74.197

[30] F. Hiai og D. Petz, Den rigtige formel for relativ entropi og dens asymptotik i kvantesandsynlighed, Communications in matematisk fysik 143, 99 (1991).
https:///doi.org/10.1007/BF02100287

[31] Mens alternative grænser for entropihastigheden er blevet udledt [55-57], er den største fordel ved ligning(7) at den involverer standardafvigelser i stedet for operatornormer, hvilket typisk resulterer i strammere grænser [25].

[32] D. Reeb og MM Wolf, Tight bound on relativ entropy by entropi difference, IEEE Transactions on Information Theory 61, 1458 (2015).
https:///doi.org/10.1109/TIT.2014.2387822

[33] J. Casanova, G. Romero, I. Lizuain, JJ García-Ripoll og E. Solano, Dybt stærk koblingsregime for jaynes-cummings-modellen, Physical review letters 105, 263603 (2010).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.263603

[34] T. Gaumnitz, A. Jain, Y. Pertot, M. Huppert, I. Jordan, F. Ardana-Lamas og HJ Wörner, Streaking of 43-attosecond soft-x-ray pulses genereret af en passivt cep-stabil mid- infrarød driver, Optics express 25, 27506 (2017).
https:///doi.org/10.1364/OE.25.027506

[35] AJ Leggett, S. Chakravarty, AT Dorsey, MP Fisher, A. Garg og W. Zwerger, Dynamics of the dissipative two-state system, Reviews of Modern Physics 59, 1 (1987).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.59.1

[36] W. Marshall, C. Simon, R. Penrose og D. Bouwmeester, Towards quantum superpositions of a mirror, Physical Review Letters 91, 130401 (2003).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.91.130401

[37] LA Kanari-Naish, J. Clarke, MR Vanner og EA Laird, Kan displacemon-enheden teste objektive kollapsmodeller?, AVS Quantum Science 3, 045603 (2021).
https:///doi.org/10.1116/5.0073626

[38] R. Penrose, Om tyngdekraftens rolle i kvantetilstandsreduktion, General relativity and gravitation 28, 581 (1996).
https:///doi.org/10.1007/BF02105068

[39] R. Gambini, RA Porto og J. Pullin, Fundamental dekohærens fra kvantetyngdekraften: en pædagogisk gennemgang, General Relativity and Gravitation 39, 1143 (2007).
https://doi.org/10.1007/s10714-007-0451-1

[40] MP Blencowe, Effektiv feltteoretisk tilgang til gravitationelt induceret dekohærens, Phys. Rev. Lett. 111, 021302 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.021302

[41] D. Walls, M. Collet og G. Milburn, Analyse af en kvantemåling, Physical Review D 32, 3208 (1985).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.32.3208

[42] M. Brune, S. Haroche, J.-M. Raimond, L. Davidovich og N. Zagury, Manipulation af fotoner i et hulrum ved dispersiv atom-felt-kobling: Kvante-ikke-nedrivningsmålinger og generering af ''schrödinger cat''-tilstande, Physical Review A 45, 5193 (1992).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.45.5193

[43] Alternativt kunne man have valgt en alternativ $H_ tekst {int}$ for at undgå kommutativitetsproblemet, f.eks. $H_ text {int} = b^dolk bsum_k g_k(a_k^dagger + a_k)$ [41], men sagde Hamiltonian er repræsentativ for at koble Fock-tilstandene til miljøtilstandene, hvilket er urealistisk og derfor ikke typisk anvendes.

[44] Skaleringen af $1/|alpha |$ i vores grænser er tilsyneladende uenig med den, der findes i Refs. brune1992manipulation,brune1996observing, hvor de fandt en dekohærenstid, der skalerer som $1/|alpha |^2$. Forskellen skyldes det forskellige valg af interaktion Hamiltonian brune1992manipulation.

[45] B. Vlastakis, G. Kirchmair, Z. Leghtas, SE Nigg, L. Frunzio, SM Girvin, M. Mirrahimi, MH Devoret og RJ Schoelkopf, Deterministically encoding quantum information using 100-photon schrödinger cat states, Science 342, 607 ( 2013).
https://doi.org/10.1126/science.1243289

[46] F. Pokorny, C. Zhang, G. Higgins, A. Cabello, M. Kleinmann og M. Hennrich, Sporing af dynamikken i en ideel kvantemåling, Phys. Rev. Lett. 124, 080401 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.080401

[47] M.-J. Hu, Y. Chen, Y. Ma, X. Li, Y. Liu, Y.-S. Zhang og H. Miao, Skalerbar simulering af kvantemålingsproces med kvantecomputere, arXiv e-prints, arXiv (2022).
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.2206.14029

[48] JD Bekenstein, Universal øvre grænse for entropi-til-energi-forholdet for afgrænsede systemer, Phys. Rev. D 23, 287 (1981).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.23.287

[49] S. Deffner og E. Lutz, Generaliseret clausius-ulighed for ikke-ligevægtskvanteprocesser, Physical review Letters 105, 170402 (2010).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.170402

[50] K. Jacobs, Kvantemåling og termodynamikkens første lov: Energiomkostningerne ved måling er arbejdsværdien af den opnåede information, Physical Review E 86, 040106 (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.86.040106

[51] M. Navascués og S. Popescu, Hvordan energibesparelse begrænser vores målinger, Phys. Rev. Lett. 112, 140502 (2014).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.140502

[52] S. Deffner, JP Paz og WH Zurek, Kvantearbejde og de termodynamiske omkostninger ved kvantemålinger, Physical Review E 94, 010103 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.94.010103

[53] Y. Guryanova, N. Friis og M. Huber, Ideelle projektive målinger har uendelige ressourceomkostninger, Quantum 4, 222 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-01-13-222

[54] R. Gambini, LP García-Pintos og J. Pullin, Single-world konsekvent fortolkning af kvantemekanik fra fundamentale tids- og længdeusikkerheder, Phys. Rev. A 100, 012113 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.012113

[55] S. Bravyi, Øvre grænser for indfiltringsrater for todelte hamiltonianere, Phys. Rev. A 76, 052319 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.76.052319

[56] S. Deffner, Energetic cost of Hamiltonian quantum gates, EPL (Europhysics Letters) 134, 40002 (2021).
https://doi.org/10.1209/0295-5075/134/40002

[57] B. Mohan, S. Das og AK Pati, Kvantehastighedsgrænser for information og sammenhæng, New Journal of Physics 24, 065003 (2022).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ac753c

Citeret af

[1] Iman Sargolzahi, "Øjeblikkelig måling kan isolere informationen", arXiv: 2306.09670, (2023).

Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2023-11-14 11:49:02). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.

Kunne ikke hente Crossref citeret af data under sidste forsøg 2023-11-14 11:49:01: Kunne ikke hente citerede data for 10.22331/q-2023-11-14-1182 fra Crossref. Dette er normalt, hvis DOI blev registreret for nylig.

Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.