Kvanttimittauksen vähimmäisajan rajoittaminen

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Nathan Shettell¹, Federico Centrone², ja Luis Pedro García-Pintos^3,4

¹Center for Quantum Technologies, National University of Singapore, Singapore 117543, Singapore
²ICFO-instituutti Ciencies Fotoniques, Barcelonan tiede- ja teknologiainstituutti, 08860 Castelldefels (Barcelona), Espanja
³Joint Center for Quantum Information and Computer Science ja Joint Quantum Institute, University of Maryland, College Park, Maryland 20742, USA
⁴Teoreettinen jako (T4), Los Alamosin kansallinen laboratorio, Los Alamos, New Mexico 87545, USA

Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.

Abstrakti

Mittauksilla on yksittäinen rooli kvanttiteoriassa. Vaikka niitä usein idealisoidaan hetkellisiksi prosesseiksi, tämä on ristiriidassa kaikkien muiden luonnon fyysisten prosessien kanssa. Tässä kirjeessä omaksumme näkemyksen, jossa vuorovaikutus ympäristön kanssa on ratkaiseva tekijä mittauksen suorittamisessa. Tässä puitteissa johdamme alarajat mittauksen suorittamiseen tarvittavalle ajalle. Sidomme skaalautuu suhteessa mitatun järjestelmän entropian muutokseen ja pienenee sitä mukaa, kun mahdollisten mittaustulosten määrä tai mittausta ohjaava vuorovaikutusvoimakkuus kasvaa. Arvioimme sidottuamme kahdessa esimerkissä, joissa ympäristö mallinnetaan bosonisten moodien avulla ja mittauslaitteisto mallinnetaan spineillä tai bosoneilla.

Kvanttimittauksen vähimmäisajan rajoittaminen PlatoBlockchain Data Intelligence. Pystysuuntainen haku. Ai.

► BibTeX-tiedot

@article{Shettell2023boundingminimtime, doi = {10.22331/q-2023-11-14-1182}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-11-14-1182}, otsikko = {rajoitus {M}mittauksen {Q}määrän {M}vähimmäisaika {T}, kirjoittaja = {Shettell, Nathan ja Centrone, Federico ja Garc{'{i}}a-Pintos, Luis Pedro}, päiväkirja = {{ Quantum}}, issn = {2521-327X}, julkaisija = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volyymi = {7}, sivut = {1182}, kuukausi = marraskuu, vuosi = {2023} }

► Viitteet

[1] N. Bohr et ai., The quantum postulate and the viimeaikainen kehitys atomiteoria, voi. 3 (Painettu Isossa-Britanniassa, R. & R. Clarke, Limited, 1928).

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

[3] J. Bub ja I. Pitowsky, Kaksi dogmaa kvanttimekaniikasta, Monet maailmat, 433 (2010).

[4] M. Schlosshauer, J. Kofler ja A. Zeilinger, Tilannekuva kvanttimekaniikkaa koskevista perustavanlaatuisista asenteista, Studies in History and Philosophy of Science Osa 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, Kvanttiteorian fysikaaliset periaatteet (Courier Corporation, 1949).

[6] HP Stapp, Kööpenhaminan tulkinta, American Journal of physics 40, 1098 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1119 / +1.1986768

[7] J. von Neumann, Kvanttimekaniikan matemaattiset perusteet: Uusi painos (Princeton University Press, 2018).

[8] Č. Brukner, Kvanttimittausongelmasta, julkaisussa 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, Dekoherenssi, einvalinta ja klassisen kvanttialkuperä, 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, Dekoherenssi, mittausongelma ja kvanttimekaniikan tulkinnat, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267

[12] MA Schlosshauer, Dekoherenssi: ja siirtyminen kvantista klassiseen (Springer Science & Business Media, 2007).

[13] HD Zeh, Mittauksen tulkinnasta kvanttiteoriassa, Foundations of Physics 1, 69 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00708656

[14] E. Joos ja HD Zeh, Klassisten ominaisuuksien synty vuorovaikutuksen kautta ympäristön kanssa, 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 ja S. Haroche, Observing the progressive decoherence of "meter" in a quantum mittaus, Physical Review Letters 77, 4887 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4887

[17] AN Jordan ja AN Korotkov, Uncollapsing the wavefunction by undoing quantum mittaukset, 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 ja MH Devoret, Kvanttihypyn saaminen kiinni ja peruuttaminen kesken lennon, Nature 570, 200 ( 2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-019-1287-z

[19] M. Carlesso, S. Donadi, L. Ferialdi, M. Paternostro, H. Ulbricht ja A. Bassi, romahtamismallien ei-interferometristen testien nykytila ja tulevaisuuden haasteet, Nature Physics 18, 243 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41567-021-01489-5

[20] H.-P. Breuer, F. Petruccione, et ai., Teoria avoimista kvanssijärjestelmistä (Oxford University Press on Demand, 2002).

[21] N. Margolus ja LB Levitin, Dynaamisen evoluution maksiminopeus, Physica D: Nonlinear Phenomena 120, 188 (1998).
https://doi.org/10.1016/S0167-2789(98)00054-2

[22] MM Taddei, BM Escher, L. Davidovich ja RL de Matos Filho, Fyysisten prosessien kvanttinopeusrajoitus, Physical review letters 110, 050402 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.050402

[23] A. del Campo, IL Egusquiza, MB Plenio ja SF Huelga, Kvanttinopeusrajoitukset avoimen järjestelmän dynamiikassa, Phys. Rev. Lett. 110, 050403 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.050403

[24] S. Deffner ja E. Lutz, Quantum speed limit for non-markoian 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 ja 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 ja M. Skotiniotis, Kuinka kauan kestää projektiivisen mittauksen toteuttaminen?, European Journal of Physics 43, 035404 (2022).
https://doi.org/10.1088/1361-6404/ac5a7a

[27] WH Zurek, Kvanttilaitteen osoitinpohja: Mihin seokseen aaltopaketti romahtaa?, Physical review D 24, 1516 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.1516

[28] Voi olla huolestunut mittauksen "sumea" määritelmä, joka perustuu siihen, että järjestelmän tila vain tulee lähelle arvoa $rho ^ mathcal {QA}_ mathcal {M}$. Tarkempia, objektiivisia käsityksiä syntyy, jos kvanttipainovoima merkitsee perustavanlaatuisia epävarmuustekijöitä mittauksissa GambiniLPPullin2019.

[29] V. Vedral, Suhteellisen entropian rooli kvanttiinformaatioteoriassa, Rev. Mod. Phys. 74, 197 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.74.197

[30] F. Hiai ja D. Petz, Suhteellisen entropian oikea kaava ja sen asymptotiikka kvanttitodennäköisyydessä, Communications in mathematical physics 143, 99 (1991).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02100287

[31] Vaikka entropianopeudelle on johdettu vaihtoehtoisia rajoja [55-57], yhtälön (7) tärkein etu on, että in sisältää keskihajonnan operaattorin normien sijaan, mikä tyypillisesti johtaa tiukempiin rajoihin [25].

[32] D. Reeb ja MM Wolf, Tight bound on entropy by entropy different, 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 ja E. Solano, Jaynes-Cummings-mallin syvä vahva kytkentäjärjestelmä, 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 ja HJ Wörner, Streaking of 43-attosecond soft-x-ray pulss generated by passiivisesti cep-stabiili keski- infrapunaohjain, Optics express 25, 27506 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.25.027506

[35] AJ Leggett, S. Chakravarty, AT Dorsey, MP Fisher, A. Garg ja 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 ja 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 ja EA Laird, Voiko displacemon-laite testata objektiivin romahdusmalleja?, AVS Quantum Science 3, 045603 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1116 / +5.0073626

[38] R. Penrose, Painovoiman roolista kvanttitilan vähentämisessä, Yleinen suhteellisuusteoria ja gravitaatio 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068

[39] R. Gambini, RA Porto ja J. Pullin, Fundamental decoherence from quantum gravity: a pedagogical review, General Relativity and Gravitation 39, 1143 (2007).
https://doi.org/10.1007/s10714-007-0451-1

[40] MP Blencowe, Tehokas kenttäteorian lähestymistapa painovoiman aiheuttamaan dekoherenssiin, Phys. Rev. Lett. 111, 021302 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.021302

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

[42] M. Brune, S. Haroche, J.-M. Raimond, L. Davidovich ja N. Zagury, Manipulation of photons in a cavity by dispersive atomi-field coupling: Quantum-nondolition mittaukset ja generointi ''schrödinger cat''states, Physical Review A 45, 5193 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.5193

[43] Vaihtoehtoisesti olisi voitu valita vaihtoehtoinen $H_ teksti {int}$ kommutatiivisuusongelman välttämiseksi, esim. $H_ teksti {int} = b^dagger bsum_k g_k(a_k^dagger + a_k)$ [41], mutta mainittu Hamiltonin on kuitenkin edustaa Fock-tilojen kytkemistä ympäristömoodiin, mikä on epärealistista ja siksi sitä ei tyypillisesti käytetä.

[44] Skaalaus $1/|alpha |$ meidän rajoissamme näyttää olevan eri mieltä Refs:stä löytyneen arvon kanssa. brune1992manipulaatio,brune1996havainnointi, jossa he löysivät dekoherenssiajan, joka skaalautuu muotoon $1/|alfa |^2$. Ero johtuu erilaisesta vuorovaikutuksen valinnasta Hamiltonin brune1992manipulaatio.

[45] B. Vlastakis, G. Kirchmair, Z. Leghtas, SE Nigg, L. Frunzio, SM Girvin, M. Mirrahimi, MH Devoret ja RJ Schoelkopf, Kvanttitiedon deterministinen koodaus käyttäen 100 fotonin Schrödingerin kissatiloja, Science 342, 607 2013).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1243289

[46] F. Pokorny, C. Zhang, G. Higgins, A. Cabello, M. Kleinmann ja M. Hennrich, Tracking the dynamics of an idea quantum mittaus, 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 ja H. Miao, Kvanttimittausprosessin skaalautuva simulointi kvanttitietokoneilla, arXiv e-prints, arXiv (2022).
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.2206.14029

[48] JD Bekenstein, Yleinen yläraja entropia-energiasuhteelle rajoitetuille järjestelmille, Phys. Rev. D 23, 287 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.23.287

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

[50] K. Jacobs, Kvanttimittaus ja termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö: Mittauksen energiakustannus on hankitun tiedon työarvo, Physical Review E 86, 040106 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.86.040106

[51] M. Navascués ja S. Popescu, Kuinka energiansäästö rajoittaa mittauksiamme, Phys. Rev. Lett. 112, 140502 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.140502

[52] S. Deffner, JP Paz ja WH Zurek, Kvanttityö ja kvanttimittausten termodynaamiset kustannukset, Physical Review E 94, 010103 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.94.010103

[53] Y. Guryanova, N. Friis ja M. Huber, Ideaalisilla projektiivisillä mittauksilla on äärettömät resurssikustannukset, Quantum 4, 222 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-01-13-222

[54] R. Gambini, LP García-Pintos ja J. Pullin, Single-world johdonmukainen kvanttimekaniikan tulkinta perustavanlaatuisista aika- ja pituusepävarmuustekijöistä, Phys. Rev. A 100, 012113 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012113

[55] S. Bravyi, Ylärajat kaksipuolisten hamiltonilaisten takertumisasteiden suhteen, Phys. Rev. A 76, 052319 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.052319

[56] S. Deffner, Hamiltonin kvanttiporttien energiakustannukset, EPL (Europhysics Letters) 134, 40002 (2021).
https://doi.org/10.1209/0295-5075/134/40002

[57] B. Mohan, S. Das ja AK Pati, Quantum speed limits for information and koherens, New Journal of Physics 24, 065003 (2022).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ac753c

Viitattu

[1] Iman Sargolzahi, "Paikallinen mittaus voi eristää tiedon", arXiv: 2306.09670, (2023).

Yllä olevat sitaatit ovat peräisin SAO: n ja NASA: n mainokset (viimeksi päivitetty onnistuneesti 2023-11-14 11:49:02). Lista voi olla puutteellinen, koska kaikki julkaisijat eivät tarjoa sopivia ja täydellisiä viittaustietoja.

Ei voitu noutaa Crossref siteeratut tiedot viimeisen yrityksen aikana 2023-11-14 11:49:01: Ei voitu noutaa viittauksia 10.22331 / q-2023-11-14-1182 mainittuihin tietoihin Crossrefiltä. Tämä on normaalia, jos DOI rekisteröitiin äskettäin.

Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.