Pengukuran yang Lemah Memungkinkan Fisikawan Kuantum Menikmati Kuenya Dan Memakannya

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Diagram skema sertifikasi keterikatan — Bersertifikat terjerat: Dalam skema sertifikasi keterjeratan yang melibatkan sertifikasi lemah dan pengukuran pembalikan, dua pihak (biasanya dikenal sebagai Alice dan Bob) yang duduk di laboratorium masing-masing berbagi sepasang sistem yang berpotensi terjerat dalam keadaan bersama |Ψ_i⟩. Pada tahap sertifikasi, mereka menerapkan pengukuran sertifikasi yang lemah pada sistem lokal mereka untuk mendapatkan statistik. Dalam setiap proses, mereka memperoleh keluaran (±1) dan status keluaran yang sesuai |Ψ_m⟩ yang masih memiliki beberapa keterikatan. Setelah lulus uji sertifikasi, status pasca pengukuran |Ψ_m⟩ dikenakan pengukuran pembalikan pada langkah terakhir untuk mendapatkan keadaan awal |Ψ_f⟩ =|Ψ_i⟩ secara probabilistik. (Sumber: “Memulihkan keterikatan kuantum setelah sertifikasi”, Science Advances 9 40 DOI: 10.1126/sciadv.adi5261)

Dibandingkan dengan menuliskan ekspresi matematika untuk keadaan kuantum terjerat pada selembar kertas, menghasilkan keterjeratan nyata adalah tugas yang rumit. Di laboratorium, fisikawan hanya dapat mengklaim keadaan kuantum yang telah disiapkan telah terjerat setelah lolos uji verifikasi keterjeratan, dan semua strategi pengujian konvensional memiliki kelemahan besar: strategi tersebut menghancurkan keterjeratan dalam proses sertifikasinya. Artinya, setelah sertifikasi, peneliti harus menyiapkan sistem dalam kondisi yang sama lagi jika mereka ingin menggunakannya – namun hal ini mengasumsikan bahwa mereka memercayai sumbernya untuk menghasilkan kondisi yang sama secara andal setiap saat.

Dalam sebuah studi baru, fisikawan yang dipimpin oleh Hyeon-Jin Kim dari Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) menemukan cara mengatasi asumsi kepercayaan ini. Mereka melakukan hal ini dengan menyempurnakan strategi sertifikasi keterjeratan (EC) konvensional sedemikian rupa sehingga tidak terjadi penghancuran total keterjeratan awal, sehingga memungkinkan untuk memulihkannya (walaupun dengan probabilitas < 1) bersamaan dengan sertifikasinya.

Keadaan misterius dengan definisi yang tepat

Keterikatan, meski terdengar misterius, memiliki definisi yang sangat tepat dalam mekanika kuantum. Menurut teori kuantum, sistem komposit (yaitu, dua atau lebih sistem yang dianggap sebagai unit gabungan) dapat dipisahkan atau terjerat. Dalam sistem yang dapat dipisahkan, seperti namanya, setiap subsistem dapat diberi status independen. Namun, dalam sistem yang terjerat, hal ini tidak mungkin dilakukan karena subsistem tidak dapat dilihat sebagai independen; seperti kata pepatah, “keseluruhan lebih besar daripada bagian-bagiannya”. Keterikatan memainkan peran penting dalam banyak bidang, termasuk komunikasi kuantum, komputasi kuantum, dan demonstrasi perbedaan teori kuantum dari teori klasik. Oleh karena itu, kemampuan untuk memverifikasinya sangatlah penting.

Dalam karya terbaru, yang mereka uraikan di Kemajuan ilmu pengetahuan, Kim dan rekannya mempelajari tes EC yang melibatkan banyak qubit – sistem kuantum paling sederhana. Secara konvensional, ada tiga strategi Komisi Eropa. Yang pertama, yang disebut penyaksian, berlaku pada situasi eksperimental di mana dua (atau lebih) perangkat yang melakukan pengukuran pada setiap subsistem dipercaya sepenuhnya. Yang kedua, disebut kemudi, salah satu perangkat dipercaya sepenuhnya, namun perangkat lainnya tidak. Strategi ketiga, yang disebut nonlokalitas Bell, berlaku ketika tidak ada perangkat yang dipercaya. Untuk masing-masing strategi ini, kita dapat memperoleh ketidaksetaraan yang, jika dilanggar, menandakan adanya keterjeratan.

Pengukuran yang lemah adalah kuncinya

Kim dan rekannya merekondisi strategi ini sedemikian rupa sehingga memungkinkan mereka memulihkan keterikatan awal pasca sertifikasi. Kunci kesuksesan mereka adalah proses yang disebut pengukuran lemah.

Dalam mekanika kuantum, pengukuran adalah setiap proses yang menyelidiki sistem kuantum untuk memperoleh informasi (dalam bentuk angka) dari sistem tersebut, dan teori ini memodelkan pengukuran dalam dua cara: pengukuran proyektif atau “kuat” dan pengukuran non-proyektif atau “lemah”. Strategi EC konvensional menggunakan pengukuran proyektif, yang mengekstrak informasi dengan mentransformasikan masing-masing subsistem menjadi keadaan independen sehingga keadaan gabungan dari sistem gabungan menjadi dapat dipisahkan – dengan kata lain, sistem tersebut benar-benar kehilangan keterikatannya. Sebaliknya, pengukuran yang lemah tidak terlalu mengganggu subsistem, sehingga subsistem tetap terjerat – meskipun biaya ekstraksi informasinya lebih kecil dibandingkan dengan pengukuran proyektif.

Tim memperkenalkan parameter kontrol untuk kekuatan pengukuran pada setiap subsistem dan menurunkan kembali sertifikasi ketidaksetaraan untuk memasukkan parameter-parameter ini. Mereka kemudian secara berulang mempersiapkan sistem qubit mereka di negara bagian tersebut untuk disertifikasi dan mengukur nilai sub-unit tetap (pengukuran lemah) dari parameter tersebut. Setelah semua pengulangan, mereka mengumpulkan statistik untuk memeriksa pelanggaran ketidaksetaraan sertifikasi. Ketika pelanggaran terjadi, artinya keadaan terjerat, mereka menerapkan pengukuran lemah lebih lanjut yang sesuai dengan kekuatan yang sama pada subsistem yang sama untuk memulihkan keadaan awal terjerat dengan beberapa kemungkinan. R (untuk “reversibilitas”).

Mengangkat asumsi kepercayaan

Para fisikawan juga mendemonstrasikan usulan teoretis ini pada pengaturan fotonik yang disebut interferometer Sagnac. Untuk masing-masing dari ketiga strategi tersebut, mereka menggunakan pengaturan Sagnac yang khas untuk sistem bi-partit yang mengkodekan keterjeratan ke dalam keadaan polarisasi dua foton. Hal ini melibatkan pengenalan perangkat optik linier tertentu untuk mengontrol kekuatan pengukuran dan pengaturan untuk sertifikasi dan pengambilan lebih lanjut dari keadaan awal.

Seperti yang diperkirakan, mereka menemukan bahwa seiring dengan peningkatan kekuatan pengukuran, reversibilitasnya R turun dan tingkat keterjeratan menurun, sementara tingkat sertifikasi (ukuran seberapa banyak ketidaksetaraan sertifikasi dilanggar) untuk setiap kasus meningkat. Hal ini menyiratkan adanya “titik manis” kekuatan pengukuran sehingga tingkat sertifikasi tetap tinggi tanpa terlalu banyak kehilangan keterikatan, dan karenanya dapat dibalik.

Pengukuran yang lemah memungkinkan fisikawan kuantum mendapatkan kuenya dan memakannya – Fisika Dunia PlatoBlockchain Data Intelligence. Pencarian Vertikal. Ai.

Untuk memuji kelemahan

Dalam eksperimen yang ideal, sumber keterjeratan akan dipercaya untuk menyiapkan keadaan yang sama di setiap iterasi, dan menghancurkan keterjeratan untuk mengesahkannya adalah tindakan yang tidak berbahaya. Namun sumber yang realistis mungkin tidak pernah menghasilkan keadaan terjerat sempurna setiap saat, sehingga sangat penting untuk menyaring keterjeratan yang berguna segera setelah sumber tersebut disiapkan. Tim KAIST mendemonstrasikan hal ini dengan menerapkan skema mereka pada sumber bising yang menghasilkan campuran multi-qubit dari keadaan terjerat dan dapat dipisahkan sebagai fungsi waktu. Dengan menggunakan pengukuran yang lemah pada langkah waktu yang berbeda dan memeriksa nilai saksi, tim mensertifikasi dan memulihkan keterikatan dari campuran, menghilangkan asumsi kepercayaan, dan menggunakannya lebih lanjut untuk eksperimen nonlokalitas Bell.