Ograniczanie minimalnego czasu pomiaru kwantowego

Ograniczanie minimalnego czasu pomiaru kwantowego

Znacznik czasu: 14 listopada 2023 6:48

Nathana Shetella1, Federico Centrone2i Luisa Pedro Garcíę-Pintosa3,4

1Centrum Technologii Kwantowych, Narodowy Uniwersytet Singapuru, Singapur 117543, Singapur
2ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, Barcelona Institute of Science and Technology, 08860 Castelldefels (Barcelona), Hiszpania
3Wspólne Centrum Informacji Kwantowej i Informatyki oraz Wspólny Instytut Kwantowy, Uniwersytet Maryland, College Park, Maryland 20742, USA
4Wydział Teoretyczny (T4), Laboratorium Narodowe Los Alamos, Los Alamos, Nowy Meksyk 87545, USA

Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.

Abstrakcyjny

Pomiary odgrywają szczególną rolę w teorii kwantowej. Chociaż często idealizuje się je jako proces natychmiastowy, pozostaje to w konflikcie ze wszystkimi innymi procesami fizycznymi w przyrodzie. W niniejszym Liście przyjmujemy stanowisko, zgodnie z którym interakcja z otoczeniem jest kluczowym elementem wystąpienia pomiaru. W tym kontekście wyznaczamy dolne granice czasu potrzebnego do wystąpienia pomiaru. Nasza granica skaluje się proporcjonalnie do zmiany entropii mierzonego układu i maleje wraz ze wzrostem liczby możliwych wyników pomiaru lub siły interakcji napędzającej pomiar. Oceniamy naszą granicę w dwóch przykładach, w których środowisko jest modelowane za pomocą modów bozonowych, a aparatura pomiarowa jest modelowana za pomocą spinów lub bozonów.

Ograniczanie minimalnego czasu pomiaru kwantowego Inteligencja danych PlatoBlockchain. Wyszukiwanie pionowe. AI.

► Dane BibTeX

► Referencje

[1] N. Bohr i in., Postulat kwantowy i najnowszy rozwój teorii atomowej, tom. 3 (wydrukowano w Wielkiej Brytanii przez R. & R. Clarke, Limited, 1928).

[2] EP Wigner, Przegląd problemu pomiaru kwantowo-mechanicznego, Science, Computers, and the Information Onslaught, 63 (1984).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​B978-0-12-404970-3.50011-2

[3] J. Bub i I. Pitowsky, Dwa dogmaty o mechanice kwantowej, Wiele światów, 433 (2010).

[4] M. Schlosshauer, J. Kofler i A. Zeilinger, A snapshot of Foundational postawy wobec mechaniki kwantowej, 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, Fizyczne zasady teorii kwantów (Courier Corporation, 1949).

[6] HP Stapp, Interpretacja kopenhaska, amerykańskie czasopismo fizyki 40, 1098 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1986768

[7] J. von Neumann, Matematyczne podstawy mechaniki kwantowej: nowe wydanie (Princeton University Press, 2018).

[8] C. Brukner, O problemie pomiaru kwantowego, w: Quantum [Un] Speakables II (Springer International Publishing, 2017) s. 95–117.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-38987-5_5

[9] WH Żurek, Dekoherencja, einselekcja i kwantowe pochodzenie klasyki, Recenzje fizyki współczesnej 75, 715 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.75.715

[10] WH Żurek, Darwinizm kwantowy, Fizyka przyrody 5, 181 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1202

[11] M. Schlosshauer, Dekoherencja, problem pomiaru i interpretacje mechaniki kwantowej, Recenzje współczesnej fizyki 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267

[12] MA Schlosshauer, Dekoherencja: i przejście kwantowe do klasycznego (Springer Science & Business Media, 2007).

[13] HD Zeh, O interpretacji pomiaru w teorii kwantowej, Foundations of Physics 1, 69 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00708656

[14] E. Joos i HD Zeh, Pojawienie się właściwości klasycznych poprzez interakcję ze środowiskiem, Zeitschrift für Physik B Condensed Matter 59, 223 (1985).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01725541

[15] M. Schlosshauer, Dekoherencja kwantowa, 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 i S. Haroche, Observing the progresywnej dekoherencji „metru” w pomiarze kwantowym, Physical Review Letters 77, 4887 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4887

[17] AN Jordan i AN Korotkov, Uncollapsing the Wavefunction by undoing quantum measurement, 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 i MH Devoret, Aby złapać i odwrócić skok kwantowy w locie, Nature 570, 200 ( 2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-019-1287-z

[19] M. Carlesso, S. Donadi, L. Ferialdi, M. Paternostro, H. Ulbricht i A. Bassi, Obecny status i przyszłe wyzwania dotyczące nieinterferometrycznych testów modeli zapadnięcia się, Nature Physics 18, 243 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01489-5

[20] H.-P. Breuer, F. Petruccione i in., Teoria otwartych systemów kwantowych (Oxford University Press on Demand, 2002).

[21] N. Margolus i LB Levitin, Maksymalna prędkość ewolucji dynamicznej, Physica D: Nonlinear Phenomena 120, 188 (1998).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0167-2789(98)00054-2

[22] MM Taddei, BM Escher, L. Davidovich i RL de Matos Filho, Kwantowe ograniczenie prędkości dla procesów fizycznych, Listy z przeglądu fizycznego 110, 050402 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.050402

[23] A. del Campo, IL Egusquiza, MB Plenio i SF Huelga, Kwantowe ograniczenia prędkości w dynamice systemów otwartych, Phys. Wielebny Lett. 110, 050403 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.050403

[24] S. Deffner i E. Lutz, Kwantowe ograniczenie prędkości dla dynamiki niemarkowskiej, Listy z przeglądu fizycznego 111, 010402 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.010402

[25] LP García-Pintos, SB Nicholson, JR Green, A. del Campo i AV Gorshkov, Unifying quantum and Classic Speed ​​Limits on Observables, Physical Review X 12, 011038 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011038

[26] P. Strasberg, K. Modi i M. Skotiniotis, Ile czasu zajmuje wdrożenie pomiaru projekcyjnego?, European Journal of Physics 43, 035404 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6404/​ac5a7a

[27] WH Żurek, Wskaźnikowa podstawa aparatu kwantowego: W jaką mieszaninę zapada się pakiet falowy?, Przegląd fizyczny D 24, 1516 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.1516

[28] Niepokój może budzić „rozmyta” definicja pomiaru, która opiera się na stanie systemu po prostu zbliżającym się do $rho ^ mathcal {QA}_ mathcal {M}$. Bardziej określone, obiektywne pojęcia pojawiają się, jeśli grawitacja kwantowa implikuje fundamentalne niepewności pomiarów. GambiniLPPullin2019.

[29] V. Vedral, Rola entropii względnej w kwantowej teorii informacji, ks. Mod. Fiz. 74, 197 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.74.197

[30] F. Hiai i D. Petz, Właściwy wzór na entropię względną i jej asymptotykę w prawdopodobieństwie kwantowym, Communications in matematyczna fizyka 143, 99 (1991).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02100287

[31] Chociaż wyprowadzono alternatywne granice współczynnika entropii [55-57], główną zaletą równania (7) jest to, że uwzględnia odchylenia standardowe zamiast norm operatora, co zazwyczaj skutkuje węższymi granicami [25].

[32] D. Reeb i MM Wolf, Tightbound on względnej entropii przez różnicę entropii, 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 i E. Solano, Reżim głębokiego silnego sprzężenia modelu Jaynesa-Cummingsa, Listy z przeglądu fizycznego 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 i HJ Wörner, Streaking of 43-attosekundowe miękkie impulsy rentgenowskie generowane przez pasywnie cep-stabilny środek sterownik podczerwieni, Optics express 25, 27506 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.25.027506

[35] AJ Leggett, S. Chakravarty, AT Dorsey, MP Fisher, A. Garg i W. Zwerger, Dynamics of the dissypative 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 i D. Bouwmeester, Ku kwantowym superpozycjom lustra, Physical Review Letters 91, 130401 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.130401

[37] LA Kanari-Naish, J. Clarke, MR Vanner i EA Laird, Czy urządzenie wypierające może testować obiektywne modele załamania?, AVS Quantum Science 3, 045603 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1116 / 5.0073626

[38] R. Penrose, O roli grawitacji w redukcji stanów kwantowych, Ogólna teoria względności i grawitacji 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068

[39] R. Gambini, RA Porto i J. Pullin, Fundamentalna dekoherencja z grawitacji kwantowej: przegląd pedagogiczny, General Relativity and Gravitation 39, 1143 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10714-007-0451-1

[40] MP Blencowe, Efektywne podejście teorii pola do dekoherencji indukowanej grawitacyjnie, Phys. Wielebny Lett. 111, 021302 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.021302

[41] D. Walls, M. Collet i G. Milburn, Analiza pomiaru kwantowego, Physical Review D 32, 3208 (1985).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.32.3208

[42] M. Brune, S. Haroche, J.-M. Raimond, L. Davidovich i N. Zagury, Manipulacja fotonów we wnęce poprzez dyspersyjne sprzężenie atom-pole: pomiary kwantowe i generowanie stanów „kota Schrödingera”, Physical Review A 45, 5193 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.5193

[43] Alternatywnie można wybrać alternatywę $H_ tekst {int}$, aby uniknąć problemu przemienności, np. $H_ tekst {int} = b^dagger bsum_k g_k(a_k^dagger + a_k)$ [41], jednak wspomniany hamiltonian jest reprezentatywny dla powiązania stanów Focka z trybami środowiskowymi, co jest nierealistyczne i dlatego nie jest zwykle stosowane.

[44] Skalowanie $1/​|alfa |$ w naszych granicach najwyraźniej nie zgadza się ze skalą znalezioną w ref. brune1992manipulation,brune1996observing, gdzie odkryli czas dekoherencji skalowany jako $1/​|alfa |^2$. Różnica wynika z innego wyboru interakcji, manipulacji Hamiltona brune’a1992.

[45] B. Vlastakis, G. Kirchmair, Z. Leghtas, SE Nigg, L. Frunzio, SM Girvin, M. Mirrahimi, MH Devoret i 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 i M. Hennrich, Śledzenie dynamiki idealnego pomiaru kwantowego, Phys. Wielebny 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 i H. Miao, Skalowalna symulacja procesu pomiaru kwantowego za pomocą komputerów kwantowych, arXiv e-prints, arXiv (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2206.14029

[48] JD Bekenstein, Uniwersalna górna granica stosunku entropii do energii w układach ograniczonych, Phys. Rev. D 23, 287 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.23.287

[49] S. Deffner i E. Lutz, Uogólniona nierówność Clausiusa dla nierównowagowych procesów kwantowych, Listy z przeglądu fizycznego 105, 170402 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.170402

[50] K. Jacobs, Pomiar kwantowy i pierwsza zasada termodynamiki: Koszt energii pomiaru to wartość pracy uzyskanej informacji, Physical Review E 86, 040106 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.86.040106

[51] M. Navascués i S. Popescu, Jak zasada zachowania energii ogranicza nasze pomiary, Phys. Wielebny Lett. 112, 140502 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.140502

[52] S. Deffner, JP Paz i WH Żurek, Quantum work and the termodynamiczny koszt pomiarów kwantowych, Physical Review E 94, 010103 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.94.010103

[53] Y. Guryanova, N. Friis i M. Huber, Idealne pomiary projekcyjne mają nieskończone koszty zasobów, Quantum 4, 222 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-01-13-222

[54] R. Gambini, LP García-Pintos i J. Pullin, Spójna interpretacja mechaniki kwantowej w jednym świecie na podstawie podstawowych niepewności czasu i długości, Phys. Rev. A 100, 012113 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012113

[55] S. Bravyi, Górne granice współczynników splątania dwustronnych hamiltonianów, Phys. Rev. A 76, 052319 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.052319

[56] S. Deffner, Koszt energetyczny hamiltonowskich bramek kwantowych, EPL (Europhysics Letters) 134, 40002 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1209/​0295-5075/​134/​40002

[57] B. Mohan, S. Das i AK Pati, Kwantowe ograniczenia prędkości dla informacji i spójności, New Journal of Physics 24, 065003 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac753c

Cytowany przez

[1] Iman Sargolzahi, „Natychmiastowy pomiar może wyizolować informację”, arXiv: 2306.09670, (2023).

Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2023-11-14 11:49:02). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.

Nie można pobrać Przywołane przez Crossref dane podczas ostatniej próby 2023-11-14 11:49:01: Nie można pobrać cytowanych danych dla 10.22331 / q-2023-11-14-1182 z Crossref. Jest to normalne, jeśli DOI zostało niedawno zarejestrowane.

Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.

Znak czasu:

Więcej z Dziennik kwantowy