Avgrense minimumstiden for en kvantemåling

Avgrense minimumstiden for en kvantemåling

Tidsstempel: 14. november 2023, kl

Nathan Shetell1, Federico Centrone2, og Luis Pedro García-Pintos3,4

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), Spania
3Joint Center for Quantum Information and Computer Science og Joint Quantum Institute, University of Maryland, College Park, Maryland 20742, USA
4Teoretisk divisjon (T4), Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico 87545, USA

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Målinger spiller en enestående rolle i kvanteteori. Selv om de ofte er idealisert som en øyeblikkelig prosess, er dette i konflikt med alle andre fysiske prosesser i naturen. I dette brevet inntar vi et standpunkt der samspillet med et miljø er en avgjørende ingrediens for forekomsten av en måling. Innenfor dette rammeverket utleder vi nedre grenser for tiden som trengs for at en måling skal skje. Våre bundne skalerer proporsjonalt med endringen i entropien til det målte systemet, og avtar etter hvert som antallet mulige måleresultater eller interaksjonsstyrken som driver målingen øker. Vi evaluerer bindingen vår i to eksempler der miljøet er modellert av bosoniske moduser og måleapparatet er modellert av spinn eller bosoner.

Begrense minimumstiden for en kvantemåling PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

► BibTeX-data

► Referanser

[1] N. Bohr et al., Kvantepostulatet og den nylige utviklingen av atomteori, Vol. 3 (Trykt i Storbritannia av 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 kvantemekanikk, Many worlds , 433 (2010).

[4] M. Schlosshauer, J. Kofler og A. Zeilinger, Et øyeblikksbilde av grunnleggende holdninger til kvantemekanikk, 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, De fysiske prinsippene for kvanteteorien (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, Dekoherens, måleproblemet og tolkninger av kvantemekanikk, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267

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

[13] HD Zeh, Om tolkningen av måling i kvanteteori, Foundations of Physics 1, 69 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00708656

[14] E. Joos og HD Zeh, Fremveksten av klassiske egenskaper gjennom interaksjon 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, Observing the progressive decoherence of the "meter" in a quantum measurement, Physical Review Letters 77, 4887 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4887

[17] AN Jordan og AN Korotkov, Uncollapsing the wavefunction by angring quantummålinger, 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, Nåværende status og fremtidige utfordringer ved ikke-interferometriske tester av 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 hastigheten for dynamisk evolusjon, 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, Kvantehastighetsgrense for fysiske prosesser, Physical review letters 110, 050402 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.050402

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

[24] S. Deffner og 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 og 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 og M. Skotiniotis, Hvor lang tid tar det å 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" definisjon av måling som er avhengig av at systemets tilstand bare blir nær $rho ^ mathcal {QA}_ mathcal {M}$. Mer bestemte, objektive forestillinger oppstår hvis kvantetyngdekraften innebærer fundamentale usikkerheter i målinger GambiniLPPullin2019.

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

[30] F. Hiai og D. Petz, Den riktige formelen for relativ entropi og dens asymptotikk i kvantesannsynlighet, Communications in matematisk fysikk 143, 99 (1991).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02100287

[31] Mens alternative grenser for entropihastigheten er utledet [55-57], er hovedfordelen med lign.(7) at den involverer standardavvik i stedet for operatornormer, noe som typisk resulterer i strammere grenser [25].

[32] D. Reeb og MM Wolf, Tight bound on relativ entropy by entropy 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, Deep strong coupling regime of the jaynes-cummings model, Physical review letters 105, 263603 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.263603

[34] T. Gaumnitz. infrarød driver, Optics express 43, 25 (27506).
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, Can the displacemon device test objektive kollapsmodeller?, AVS Quantum Science 3, 045603 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1116 / 5.0073626

[38] R. Penrose, On gravity's role in quantum state reduction, General relativity and gravitation 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068

[39] R. Gambini, RA Porto og 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, Effektiv feltteoretisk tilnærming til gravitasjonsindusert dekoherens, Phys. Rev. Lett. 111, 021302 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.021302

[41] D. Walls, M. Collet og G. Milburn, Analyse av 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 of photons in a cavity by dispersive atom-field coupling: Quantum-non-demolition measurements and generation of ''schrödinger cat''states, Physical Review A 45, 5193 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.5193

[43] Alternativt kunne man ha valgt en alternativ $H_ tekst {int}$ for å unngå kommutativitetsproblemet, f.eks. $H_ text {int} = b^dolk bsum_k g_k(a_k^dagger + a_k)$ [41], men sa Hamiltonian er representativ for å koble Fock-statene til miljømodusene, noe som er urealistisk og derfor ikke vanligvis brukes.

[44] Skaleringen av $1/​|alpha |$ i våre grenser er tilsynelatende uenig med den som finnes i Refs. brune1992manipulation,brune1996observing, der de fant en dekoherenstid som skalerer som $1/​|alfa |^2$. Forskjellen skyldes forskjellig valg av interaksjon Hamiltonian brune1992manipulasjon.

[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 av dynamikken til en ideell 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 av kvantemålingsprosess med kvantedatamaskiner, arXiv e-prints , arXiv (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2206.14029

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

[49] S. Deffner og E. Lutz, Generalisert clausius-ulikhet for ikke-likevekts kvanteprosesser, Physical review letters 105, 170402 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.170402

[50] K. Jacobs, Kvantemåling og termodynamikkens første lov: Energikostnaden ved måling er arbeidsverdien til den innhentede informasjonen, Physical Review E 86, 040106 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.86.040106

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

[52] S. Deffner, JP Paz og WH Zurek, Quantum work and the thermodynamic cost of quantum measurements, 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 ressurskostnader, 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 konsistent tolkning av kvantemekanikk fra fundamentale tids- og lengdeusikkerheter, Phys. Rev. A 100, 012113 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012113

[55] S. Bravyi, Øvre grenser for sammenfiltringsrater 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, kvantehastighetsgrenser for informasjon og sammenheng, New Journal of Physics 24, 065003 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac753c

Sitert av

[1] Iman Sargolzahi, "Øyeblikkelig måling kan isolere informasjonen", arxiv: 2306.09670, (2023).

Sitatene ovenfor er fra SAO / NASA ADS (sist oppdatert vellykket 2023-11-14 11:49:02). Listen kan være ufullstendig fordi ikke alle utgivere gir passende og fullstendige sitasjonsdata.

Kunne ikke hente Crossref sitert av data under siste forsøk 2023-11-14 11:49:01: Kunne ikke hente siterte data for 10.22331 / q-2023-11-14-1182 fra Crossref. Dette er normalt hvis DOI nylig ble registrert.

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.

Tidstempel:

Mer fra Kvantejournal