Οριοθέτηση του ελάχιστου χρόνου μιας κβαντικής μέτρησης

Οριοθέτηση του ελάχιστου χρόνου μιας κβαντικής μέτρησης

Χρονική σήμανση: 14 Νοεμβρίου 2023 6:48 π.μ.

Νέιθαν Σέτελ1, Φεντερίκο Σεντρόνε2, και Λουίς Πέδρο Γκαρθία-Πίντος3,4

1Κέντρο Κβαντικών Τεχνολογιών, Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης, Σιγκαπούρη 117543, Σιγκαπούρη
2ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Βαρκελώνης, 08860 Castelldefels (Βαρκελώνη), Ισπανία
3Joint Center for Quantum Information and Computer Science and Joint Quantum Institute, University of Maryland, College Park, Maryland 20742, Η.Π.Α.
4Theoretical Division (T4), Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico 87545, ΗΠΑ

Βρείτε αυτό το άρθρο ενδιαφέρουσα ή θέλετε να συζητήσετε; Scite ή αφήστε ένα σχόλιο για το SciRate.

Περίληψη

Οι μετρήσεις παίζουν μοναδικό ρόλο στην κβαντική θεωρία. Ενώ συχνά εξιδανικεύονται ως μια στιγμιαία διαδικασία, αυτό έρχεται σε σύγκρουση με όλες τις άλλες φυσικές διεργασίες στη φύση. Σε αυτήν την Επιστολή, υιοθετούμε μια άποψη όπου η αλληλεπίδραση με ένα περιβάλλον είναι ένα κρίσιμο συστατικό για την εμφάνιση μιας μέτρησης. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο, εξάγουμε τα χαμηλότερα όρια του χρόνου που απαιτείται για να πραγματοποιηθεί μια μέτρηση. Η δέσμευσή μας κλιμακώνεται αναλογικά με την αλλαγή στην εντροπία του μετρούμενου συστήματος και μειώνεται καθώς αυξάνεται ο αριθμός των πιθανών αποτελεσμάτων μέτρησης ή η ισχύς αλληλεπίδρασης που οδηγεί τη μέτρηση. Αξιολογούμε το όριο μας σε δύο παραδείγματα όπου το περιβάλλον μοντελοποιείται με μποσονικούς τρόπους και η συσκευή μέτρησης μοντελοποιείται με σπιν ή μποζόνια.

Οριοθέτηση του ελάχιστου χρόνου μιας κβαντικής μέτρησης PlatoBlockchain Data Intelligence. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.

► Δεδομένα BibTeX

► Αναφορές

[1] N. Bohr et al., Το κβαντικό αξίωμα και η πρόσφατη ανάπτυξη της ατομικής θεωρίας, Τομ. 3 (Τυπώθηκε στη Μεγάλη Βρετανία από τους R. & R. Clarke, Limited, 1928).

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

[3] J. Bub and I. Pitowsky, Two dogmas about quantum mechanics, Many worlds , 433 (2010).

[4] M. Schlosshauer, J. Kofler και A. Zeilinger, Στιγμιότυπο θεμελιωδών στάσεων προς την κβαντική μηχανική, Studies in History and Philosophy of Science Part 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, Οι φυσικές αρχές της κβαντικής θεωρίας (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] ΝΤΟ. Brukner, Για το πρόβλημα της κβαντικής μέτρησης, στο Quantum [Un] Speakables II (Springer International Publishing, 2017) σελ. 95–117.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-38987-5_5

[9] WH Zurek, Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical, 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, Decoherence, το πρόβλημα μέτρησης και ερμηνείες της κβαντικής μηχανικής, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267

[12] MA Schlosshauer, Decoherence: and the quantum-to-classical transition (Springer Science & Business Media, 2007).

[13] HD Zeh, Για την ερμηνεία της μέτρησης στην κβαντική θεωρία, Foundations of Physics 1, 69 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00708656

[14] E. Joos και H. D. Zeh, Η εμφάνιση των κλασικών ιδιοτήτων μέσω της αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον, 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, and S. Haroche, Παρατήρηση της προοδευτικής αποσυνοχής του «μετρητή» σε μια κβαντική μέτρηση, Physical Review Letters 77, 4887 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4887

[17] AN Jordan και AN Korotkov, Uncollapsing the wavefunction by undoing quantum μετρήσεις, Contemporary Physics 51, 125 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107510903385292

[18] Z. K. Minev, S. O. Mundhada, S. Shankar, P. Reinhold, R. Gutiérrez-Jáuregui, R. J. Schoelkopf, M. Mirrahimi, H. J. Carmichael και M. H. Devoret, Για να πιάσετε και να αντιστρέψετε ένα κβαντικό άλμα στη μέση της πτήσης (570, Nature 200).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-019-1287-z

[19] M. Carlesso, S. Donadi, L. Ferialdi, M. Paternostro, H. Ulbricht, and A. Bassi, Παρούσα κατάσταση και μελλοντικές προκλήσεις των μη παρεμβολομετρικών δοκιμών μοντέλων κατάρρευσης, Nature Physics 18, 243 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01489-5

[20] ΙΠΠΟΔΥΝΑΜΗ. Breuer, F. Petruccione, et al., The theory of open quantum systems (Oxford University Press on Demand, 2002).

[21] N. Margolus και L. B. Levitin, Η μέγιστη ταχύτητα της δυναμικής εξέλιξης, Physica D: Nonlinear Phenomena 120, 188 (1998).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0167-2789(98)00054-2

[22] M. M. Taddei, B. M. Escher, L. Davidovich, and R. L. de Matos Filho, Quantum speed limit for natural processes, Physical review letters 110, 050402 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.050402

[23] A. del Campo, I. L. Egusquiza, M. B. Plenio, and S. F. Huelga, Quantum speed limits in open system dynamics, Phys. Αναθ. Lett. 110, 050403 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.050403

[24] S. Deffner and E. Lutz, Quantum speed limit for non-markovian dynamics, 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 και AV Gorshkov, Unifying quantum and classical speed limits on observables, Physical Review X 12, 011038 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011038

[26] P. Strasberg, K. Modi, and M. Skotiniotis, Πόσος χρόνος χρειάζεται για να υλοποιηθεί μια προβολική μέτρηση;, European Journal of Physics 43, 035404 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6404/​ac5a7a

[27] W. H. Zurek, Βάση δείκτη της κβαντικής συσκευής: Σε ποιο μείγμα καταρρέει το πακέτο κυμάτων;, Φυσική ανασκόπηση D 24, 1516 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.1516

[28] Κάποιος μπορεί να ανησυχεί για έναν «ασαφή» ορισμό της μέτρησης που βασίζεται στην κατάσταση του συστήματος που πλησιάζει απλώς στο $rho ^ mathcal {QA}_ mathcal {M}$. Πιο σαφείς, αντικειμενικές έννοιες προκύπτουν εάν η κβαντική βαρύτητα συνεπάγεται θεμελιώδεις αβεβαιότητες στις μετρήσεις GambiniLPPullin2019.

[29] V. Vedral, Ο ρόλος της σχετικής εντροπίας στην κβαντική θεωρία πληροφοριών, Rev. Mod. Phys. 74, 197 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.74.197

[30] F. Hiai και D. Petz, Ο σωστός τύπος για τη σχετική εντροπία και οι ασυμπτωτικές της στην κβαντική πιθανότητα, Communications in mathematical physics 143, 99 (1991).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02100287

[31] Ενώ έχουν προκύψει εναλλακτικά όρια στον ρυθμό εντροπίας [55-57], το κύριο πλεονέκτημα της Εξ.(7) είναι ότι περιλαμβάνει τυπικές αποκλίσεις αντί των κανόνων χειριστή, κάτι που συνήθως οδηγεί σε αυστηρότερα όρια [25].

[32] D. Reeb and M. M. Wolf, Tight bound on σχετική εντροπία από διαφορά εντροπίας, IEEE Transactions on Information Theory 61, 1458 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2014.2387822

[33] J. Casanova, G. Romero, I. Lizuain, J. J. García-Ripoll, and E. Solano, Deep ισχυρό καθεστώς σύζευξης του μοντέλου jaynes-cummings, 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, and H. J. Wörner, Streaking of 43-attosecond soft-ray palses που δημιουργούνται από ένα παθητικό κεφαλοσταθερό μέσο Πρόγραμμα οδήγησης υπέρυθρων, Optics express 25, 27506 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.25.027506

[35] AJ Leggett, S. Chakravarty, AT Dorsey, MP Fisher, A. Garg, and 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, and D. Bouwmeester, Towards quantum superpositions of a mirror, Physical Review Letters 91, 130401 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.130401

[37] L. A. Kanari-Naish, J. Clarke, M. R. Vanner και E. A. Laird, Μπορεί η συσκευή μετατόπισης να δοκιμάσει μοντέλα κατάρρευσης αντικειμενικού φακού;, AVS Quantum Science 3, 045603 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1116 / 5.0073626

[38] R. Penrose, Σχετικά με το ρόλο της βαρύτητας στη μείωση της κβαντικής κατάστασης, Γενική σχετικότητα και βαρύτητα 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068

[39] R. Gambini, R. A. Porto και J. Pullin, Θεμελιώδης αποσυνοχή από την κβαντική βαρύτητα: μια παιδαγωγική ανασκόπηση, General Relativity and Gravitation 39, 1143 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10714-007-0451-1

[40] M. P. Blencowe, Αποτελεσματική προσέγγιση θεωρίας πεδίου στην βαρυτικά επαγόμενη αποσυνοχή, Φυσ. Αναθ. Lett. 111, 021302 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.021302

[41] D. Walls, M. Collet, and G. Milburn, Analysis of a quantum μέτρησης, Physical Review D 32, 3208 (1985).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.32.3208

[42] Μ. Brune, S. Haroche, J.-M. Raimond, L. Davidovich και N. Zagury, Χειρισμός φωτονίων σε μια κοιλότητα με σύζευξη πεδίου διασποράς ατόμου: Μετρήσεις κβαντικής μη κατεδάφισης και δημιουργία καταστάσεων «γάτας Schrödinger», Physical Review A 45, 5193 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.5193

[43] Εναλλακτικά, κάποιος θα μπορούσε να είχε επιλέξει ένα εναλλακτικό κείμενο $H_ {int}$ για να αποφύγει το ζήτημα της εναλλαγής, π.χ. $H_ text {int} = b^dagger bsum_k g_k(a_k^dagger + a_k)$ [41], ωστόσο είπε ότι ο Hamiltonian αντιπροσωπεύει τη σύζευξη των καταστάσεων Fock με τους περιβαλλοντικούς τρόπους λειτουργίας, κάτι που δεν είναι ρεαλιστικό και επομένως δεν χρησιμοποιείται συνήθως.

[44] Η κλιμάκωση του $1/​|alpha |$ στα όριά μας φαινομενικά διαφωνεί με αυτήν που βρέθηκε στο Refs. brune1992manipulation,brune1996παρατήρηση, όπου βρήκαν έναν χρόνο αποσυνοχής που κλιμακώνεται ως $1/​|άλφα |^2$. Η διαφορά οφείλεται στη διαφορετική επιλογή αλληλεπίδρασης Hamiltonian brune1992manipulation.

[45] B. Vlastakis, G. Kirchmair, Z. Leghtas, S. E. Nigg, L. Frunzio, S. M. Girvin, M. Mirrahimi, M. H. Devoret, and R. J. Schoelkopf, Deterministically encoding quantum information using 100-photon Schrödinger, Science 342 κατάσταση 607).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1243289

[46] F. Pokorny, C. Zhang, G. Higgins, A. Cabello, M. Kleinmann και M. Hennrich, Παρακολούθηση της δυναμικής μιας ιδανικής κβαντικής μέτρησης, Phys. Αναθ. 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 και H. Miao, Κλιμακόμενη προσομοίωση της διαδικασίας κβαντικής μέτρησης με κβαντικούς υπολογιστές, arXiv e-prints, arXiv (2022).
https://doi.org/​10.48550/​ARXIV.2206.14029

[48] JD Bekenstein, Καθολικό άνω όριο για την αναλογία εντροπίας προς ενέργεια για οριοθετημένα συστήματα, Φυσ. Rev. D 23, 287 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.23.287

[49] S. Deffner and E. Lutz, Generalized clausius inequality for nonequilibrium quantum processes, Physical review letters 105, 170402 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.170402

[50] K. Jacobs, Κβαντική μέτρηση και ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής: Το ενεργειακό κόστος μέτρησης είναι η αξία εργασίας των αποκτηθέντων πληροφοριών, Φυσική Επιθεώρηση E 86, 040106 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.86.040106

[51] M. Navascués and S. Popescu, Πώς η εξοικονόμηση ενέργειας περιορίζει τις μετρήσεις μας, Φυσ. Αναθ. Lett. 112, 140502 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.140502

[52] S. Deffner, J. P. Paz, and W. H. Zurek, Quantum work and the thermodynamic cost of quantummeters, Physical Review E 94, 010103 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.94.010103

[53] Y. Guryanova, N. Friis και M. Huber, Οι ιδανικές προβολικές μετρήσεις έχουν άπειρο κόστος πόρων, Quantum 4, 222 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-01-13-222

[54] R. Gambini, L. P. García-Pintos, and J. Pullin, Συνεπής ερμηνεία ενός κόσμου της κβαντικής μηχανικής από θεμελιώδεις αβεβαιότητες χρόνου και μήκους, Phys. Αναθ. Α 100, 012113 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012113

[55] S. Bravyi, Ανώτατα όρια στα ποσοστά εμπλοκής διμερών χαμιλτονιανών, Phys. Αναθ. Α 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 και A. K. Pati, Quantum speed limits for information and coherence, New Journal of Physics 24, 065003 (2022).
https://doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac753c

Αναφέρεται από

[1] Iman Sargolzahi, «Η στιγμιαία μέτρηση μπορεί να απομονώσει τις πληροφορίες», arXiv: 2306.09670, (2023).

Οι παραπάνω αναφορές είναι από SAO / NASA ADS (τελευταία ενημέρωση επιτυχώς 2023-11-14 11:49:02). Η λίστα μπορεί να είναι ελλιπής, καθώς δεν παρέχουν όλοι οι εκδότες τα κατάλληλα και πλήρη στοιχεία αναφοράς.

Δεν ήταν δυνατή η λήψη Crossref αναφερόμενα δεδομένα κατά την τελευταία προσπάθεια 2023-11-14 11:49:01: Δεν ήταν δυνατή η λήψη των αναφερόμενων δεδομένων για το 10.22331 / q-2023-11-14-1182 από την Crossref. Αυτό είναι φυσιολογικό αν το DOI καταχωρήθηκε πρόσφατα.

Αυτό το Βιβλίο δημοσιεύεται στο Quantum στο πλαίσιο του Creative Commons Attribution 4.0 Διεθνής (CC BY 4.0) άδεια. Τα πνευματικά δικαιώματα παραμένουν στους κατόχους των πρωτότυπων δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας όπως οι δημιουργοί ή τα ιδρύματά τους

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Quantum Journal