Omejevanje minimalnega časa kvantne meritve

Omejevanje minimalnega časa kvantne meritve

Časovni žig: 14. november 2023 6:48

Nathan Shettell1Federico Centrone2, in Luis Pedro García-Pintos3,4

1Center za kvantne tehnologije, Nacionalna univerza v Singapurju, Singapur 117543, Singapur
2Fotofoniki ICFO-Institut de Ciency, Barcelonski inštitut za znanost in tehnologijo, 08860 Castelldefels (Barcelona), Španija
3Skupni center za kvantne informacije in računalništvo ter Joint Quantum Institute, Univerza v Marylandu, College Park, Maryland 20742, ZDA
4Teoretični oddelek (T4), Nacionalni laboratorij Los Alamos, Los Alamos, Nova Mehika 87545, ZDA

Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.

Minimalizem

Meritve imajo v kvantni teoriji posebno vlogo. Čeprav so pogosto idealizirani kot trenutni proces, je to v nasprotju z vsemi drugimi fizikalnimi procesi v naravi. V tem pismu zavzemamo stališče, da je interakcija z okoljem ključna sestavina za izvedbo meritve. Znotraj tega okvira izpeljemo spodnje meje časa, potrebnega za izvedbo meritve. Naša meja se spreminja sorazmerno s spremembo entropije izmerjenega sistema in se zmanjšuje, ko se povečuje število možnih rezultatov meritev ali moč interakcije, ki poganja meritev. Našo mejo ovrednotimo v dveh primerih, kjer je okolje modelirano z bozonskimi načini, merilni aparat pa z vrtljaji ali bozoni.

Bounding the Minimum Time of a Quantum Measurement PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

► BibTeX podatki

► Reference

[1] N. Bohr et al., Kvantni postulat in nedavni razvoj atomske teorije, Vol. 3 (v Veliki Britaniji natisnil R. & R. Clarke, Limited, 1928).

[2] EP Wigner, Pregled kvantno-mehanskega merilnega problema, Science, Computers, and the Information Juriš, 63 (1984).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​B978-0-12-404970-3.50011-2

[3] J. Bub in I. Pitowsky, Dve dogmi o kvantni mehaniki, Mnogi svetovi, 433 (2010).

[4] M. Schlosshauer, J. Kofler in A. Zeilinger, Posnetek temeljnih stališč do kvantne mehanike, Študije zgodovine in filozofije znanosti, del B: Študije zgodovine in filozofije moderne fizike 44, 222 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.shpsb.2013.04.004

[5] W. Heisenberg, Fizikalni principi kvantne teorije (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, Matematični temelji kvantne mehanike: Nova izdaja (Princeton university press, 2018).

[8] Č. Brukner, O problemu kvantnega merjenja, v Quantum [Un] Speakables II (Springer International Publishing, 2017) str. 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, Kvantni darvinizem, Nature physics 5, 181 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1202

[11] M. Schlosshauer, Dekoherenca, problem merjenja in interpretacije kvantne mehanike, Reviews of Modern physics 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267

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

[13] HD Zeh, O interpretaciji merjenja v kvantni teoriji, Osnove fizike 1, 69 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00708656

[14] E. Joos in HD Zeh, Pojav klasičnih lastnosti skozi interakcijo z okoljem, Zeitschrift für Physik B Condensed Matter 59, 223 (1985).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01725541

[15] M. Schlosshauer, Kvantna dekoherenca, 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 in S. Haroche, Opazovanje progresivne dekoherence »metra« v kvantni meritvi, Physical Review Letters 77, 4887 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4887

[17] AN Jordan in AN Korotkov, Razpad valovne funkcije z razveljavitvijo kvantnih meritev, Sodobna fizika 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 in 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 in A. Bassi, Trenutni status in prihodnji izzivi neinterferometričnih testov modelov kolapsa, Nature Physics 18, 243 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01489-5

[20] H.-P. Breuer, F. Petruccione, et al., Teorija odprtih kvantnih sistemov (Oxford University Press on Demand, 2002).

[21] N. Margolus in LB Levitin, Največja hitrost dinamične evolucije, Physica D: Nelinearni pojavi 120, 188 (1998).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0167-2789(98)00054-2

[22] MM Taddei, BM Escher, L. Davidovich in RL de Matos Filho, Kvantna omejitev hitrosti za fizične procese, Physical review letters 110, 050402 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.050402

[23] A. del Campo, IL Egusquiza, MB Plenio in SF Huelga, Kvantne omejitve hitrosti v dinamiki odprtega sistema, Phys. Rev. Lett. 110, 050403 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.050403

[24] S. Deffner in E. Lutz, Kvantna omejitev hitrosti za nemarkovsko dinamiko, 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 in AV Gorškov, Poenotenje kvantnih in klasičnih omejitev hitrosti na opazovanih, Physical Review X 12, 011038 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011038

[26] P. Strasberg, K. Modi in M. Skotiniotis, Koliko časa traja izvajanje projektivne meritve?, European Journal of Physics 43, 035404 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6404/​ac5a7a

[27] WH Zurek, Pointer basis of quantum apparatus: Into what mix does the wave packet kolapse?, Physical review D 24, 1516 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.1516

[28] Morda vas skrbi "mehka" definicija meritve, ki temelji na tem, da se stanje sistema le približa $rho ^ mathcal {QA}_ mathcal {M}$. Bolj določne, objektivne predstave se pojavijo, če kvantna gravitacija pomeni temeljne negotovosti v meritvah GambiniLPPullin2019.

[29] V. Vedral, Vloga relativne entropije v kvantni informacijski teoriji, Rev. Mod. Phys. 74, 197 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.74.197

[30] F. Hiai in D. Petz, Pravilna formula za relativno entropijo in njeno asimptotiko v kvantni verjetnosti, Komunikacije v matematični fiziki 143, 99 (1991).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02100287

[31] Medtem ko so bile izpeljane alternativne meje stopnje entropije [55-57], je glavna prednost enačbe (7) v tem, da vključuje standardne odklone namesto operaterskih norm, kar običajno povzroči strožje meje [25].

[32] D. Reeb in MM Wolf, Tesna vezava relativne entropije z razliko entropije, 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 in E. Solano, Deep strong coupling mode of the jaynes-cummings model, 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 in HJ Wörner, Črtovanje 43-atosekundnih mehkih rentgenskih impulzov, ki jih ustvari pasivno cep-stabilen srednji infrardeči gonilnik, Optics express 25, 27506 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.25.027506

[35] AJ Leggett, S. Chakravarty, AT Dorsey, MP Fisher, A. Garg in 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 in 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 in EA Laird, Ali lahko naprava displacemon testira objektivne modele kolapsa?, AVS Quantum Science 3, 045603 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1116 / 5.0073626

[38] R. Penrose, O vlogi gravitacije pri redukciji kvantnega stanja, Splošna relativnost in gravitacija 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068

[39] R. Gambini, RA Porto in J. Pullin, Fundamentalna dekoherenca kvantne gravitacije: pedagoški pregled, Splošna relativnost in gravitacija 39, 1143 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10714-007-0451-1

[40] MP Blencowe, Pristop učinkovite teorije polja k gravitacijsko povzročeni dekoherenci, Phys. Rev. Lett. 111, 021302 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.021302

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

[42] M. Brune, S. Haroche, J.-M. Raimond, L. Davidovich in N. Zagury, Manipulacija fotonov v votlini z disperzivnim spajanjem atomskega polja: kvantne meritve brez rušitve in generiranje stanj ''schrödingerjeve mačke'', Physical Review A 45, 5193 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.5193

[43] Druga možnost je, da bi izbrali alternativno $H_ besedilo {int}$, da bi se izognili težavi s komutativnostjo, npr. $H_ besedilo {int} = b^dagger bsum_k g_k(a_k^dagger + a_k)$ [41], vendar je omenjeni Hamiltonian reprezentativen za povezovanje Fockovih stanj z okoljskimi načini, kar je nerealno in se zato običajno ne uporablja.

[44] Skaliranje $1/​|alpha |$ v naših mejah se očitno ne ujema s tistim, ki ga najdemo v Ref. brune1992manipulation,brune1996observing, kjer so našli dekoherenčni čas, ki meri kot $1/​|alfa |^2$. Razlika je posledica različne izbire interakcije Hamiltonian brune1992manipulation.

[45] B. Vlastakis, G. Kirchmair, Z. Leghtas, SE Nigg, L. Frunzio, SM Girvin, M. Mirrahimi, MH Devoret in RJ Schoelkopf, Deterministično kodiranje kvantnih informacij z uporabo 100-fotonskih schrödingerjevih mačjih stanj, Science 342, 607 ( 2013).
https: / / doi.org/ 10.1126 / znanost.1243289

[46] F. Pokorny, C. Zhang, G. Higgins, A. Cabello, M. Kleinmann in M. Hennrich, Sledenje dinamiki idealne kvantne meritve, 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 in H. Miao, Razširljiva simulacija kvantnega merilnega procesa s kvantnimi računalniki, e-tiski arXiv, arXiv (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2206.14029

[48] JD Bekenstein, Univerzalna zgornja meja razmerja med entropijo in energijo za omejene sisteme, Phys. Rev. D 23, 287 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.23.287

[49] S. Deffner in E. Lutz, Splošna klausiusova neenakost za neravnovesne kvantne procese, Physical review letters 105, 170402 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.170402

[50] K. Jacobs, Kvantno merjenje in prvi zakon termodinamike: Cena energije meritve je delovna vrednost pridobljenih informacij, Physical Review E 86, 040106 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.86.040106

[51] M. Navascués in S. Popescu, Kako varčevanje z energijo omejuje naše meritve, Phys. Rev. Lett. 112, 140502 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.140502

[52] S. Deffner, JP Paz in WH Zurek, Kvantno delo in termodinamični stroški kvantnih meritev, Physical Review E 94, 010103 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.94.010103

[53] Y. Guryanova, N. Friis in M. Huber, Idealne projektivne meritve imajo neskončne stroške virov, Quantum 4, 222 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-01-13-222

[54] R. Gambini, LP García-Pintos in J. Pullin, Konsistentna interpretacija kvantne mehanike v enem svetu iz temeljnih časovnih in dolžinskih negotovosti, Phys. Rev. A 100, 012113 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012113

[55] S. Bravyi, Zgornje meje stopenj zapletanja bipartitnih hamiltonianov, Phys. Rev. A 76, 052319 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.052319

[56] S. Deffner, Energetski stroški hamiltonskih kvantnih vrat, EPL (Europhysics Letters) 134, 40002 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1209/​0295-5075/​134/​40002

[57] B. Mohan, S. Das in AK Pati, Kvantne omejitve hitrosti za informacije in koherenco, New Journal of Physics 24, 065003 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac753c

Navedel

[1] Iman Sargolzahi, "Takojšnje merjenje lahko izolira informacije", arXiv: 2306.09670, (2023).

Zgornji citati so iz SAO / NASA ADS (zadnjič posodobljeno 2023-11-14 11:49:02). Seznam je morda nepopoln, saj vsi založniki ne dajejo ustreznih in popolnih podatkov o citiranju.

Pridobitve ni bilo mogoče Crossref citirani podatki med zadnjim poskusom 2023-11-14 11:49:01: Citiranih podatkov za 10.22331 / q-2023-11-14-1182 od Crossrefa ni bilo mogoče pridobiti. To je normalno, če je bil DOI registriran pred kratkim.

Ta dokument je objavljen v Quantumu pod Priznanje avtorstva Creative Commons 4.0 International (CC BY 4.0) licenca. Avtorske pravice ostajajo pri izvirnih imetnikih avtorskih pravic, kot so avtorji ali njihove ustanove.

Časovni žig:

Več od Quantum Journal