การกำหนดระยะเวลาขั้นต่ำของการวัดควอนตัม

การกำหนดระยะเวลาขั้นต่ำของการวัดควอนตัม

นาธาน เช็ตเทล1เฟเดริโก้ เซนโตรเน่2และหลุยส์ เปโดร การ์เซีย-ปินตอส3,4

1ศูนย์เทคโนโลยีควอนตัม มหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ สิงคโปร์ 117543 สิงคโปร์
2ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology, 08860 Castelldefels (บาร์เซโลนา), สเปน
3ศูนย์ร่วมสำหรับข้อมูลควอนตัมและวิทยาการคอมพิวเตอร์และ Joint Quantum Institute, University of Maryland, College Park, Maryland 20742, USA
4ฝ่ายทฤษฎี (T4), ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอส, ลอสอาลามอส, นิวเม็กซิโก 87545, สหรัฐอเมริกา

พบบทความนี้ที่น่าสนใจหรือต้องการหารือ? Scite หรือแสดงความคิดเห็นใน SciRate.

นามธรรม

การวัดมีบทบาทเป็นเอกพจน์ในทฤษฎีควอนตัม แม้ว่ากระบวนการเหล่านี้มักถูกทำให้เป็นอุดมคติว่าเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นทันทีทันใด แต่สิ่งนี้ขัดแย้งกับกระบวนการทางกายภาพอื่นๆ ทั้งหมดในธรรมชาติ ในจดหมายฉบับนี้ เราใช้จุดยืนที่ว่าการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมเป็นองค์ประกอบสำคัญสำหรับการวัดผล ภายในกรอบการทำงานนี้ เราได้รับขอบเขตล่างของเวลาที่จำเป็นสำหรับการวัดที่จะเกิดขึ้น ขอบเขตของเราจะปรับขนาดตามสัดส่วนการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีของระบบที่วัด และลดลงเมื่อจำนวนของผลลัพธ์การวัดที่เป็นไปได้หรือความแข็งแกร่งของการโต้ตอบที่ผลักดันการวัดเพิ่มขึ้น เราประเมินขอบเขตของเราในสองตัวอย่าง โดยที่สภาพแวดล้อมถูกจำลองโดยโหมดโบโซนิก และอุปกรณ์การวัดถูกจำลองโดยสปินหรือโบซอน

► ข้อมูล BibTeX

► ข้อมูลอ้างอิง

[1] N. Bohr และคณะ สมมุติฐานควอนตัมและพัฒนาการล่าสุดของทฤษฎีอะตอม เล่ม 3 1928 (พิมพ์ในบริเตนใหญ่โดย R. & R. Clarke, Limited, XNUMX)

[2] EP Wigner, การทบทวนปัญหาการวัดควอนตัม-กลศาสตร์, วิทยาศาสตร์, คอมพิวเตอร์ และการโจมตีข้อมูล, 63 (1984)
https:/​/​doi.org/​10.1016/​B978-0-12-404970-3.50011-2

[3] J. Bub และ I. Pitowsky, หลักคำสอนสองประการเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัม, หลายโลก, 433 (2010).

[4] M. Schlosshauer, J. Kofler และ A. Zeilinger, ภาพรวมของทัศนคติพื้นฐานต่อกลศาสตร์ควอนตัม, การศึกษาประวัติศาสตร์และปรัชญาวิทยาศาสตร์ส่วนที่ B: การศึกษาประวัติศาสตร์และปรัชญาฟิสิกส์สมัยใหม่ 44, 222 (2013)
https://doi.org/10.1016/​j.shpsb.2013.04.004

[5] W. Heisenberg หลักการทางกายภาพของทฤษฎีควอนตัม (Courier Corporation, 1949)

[6] HP Stapp, การตีความโคเปนเฮเกน, วารสารฟิสิกส์อเมริกัน 40, 1098 (1972)
https://doi.org/10.1119/​1.1986768

[7] J. von Neumann รากฐานทางคณิตศาสตร์ของกลศาสตร์ควอนตัม: ฉบับพิมพ์ใหม่ (สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน, 2018)

[8] ค. Brukner เกี่ยวกับปัญหาการวัดควอนตัมใน Quantum [Un] Speakables II (Springer International Publishing, 2017) หน้า 95–117
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-38987-5_5

[9] WH Zurek, Decoherence, einselection และต้นกำเนิดควอนตัมของคลาสสิก บทวิจารณ์ฟิสิกส์สมัยใหม่ 75, 715 (2003)
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.75.715

[10] WH Zurek, ลัทธิดาร์วินควอนตัม, ฟิสิกส์ธรรมชาติ 5, 181 (2009)
https://doi.org/10.1038/​nphys1202

[11] M. Schlosshauer, ความเชื่อมโยงกัน, ปัญหาการวัดและการตีความกลศาสตร์ควอนตัม, บทวิจารณ์ฟิสิกส์สมัยใหม่ 76, 1267 (2005)
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.76.1267

[12] MA Schlosshauer, Decoherence: และการเปลี่ยนแปลงควอนตัมสู่คลาสสิก (Springer Science & Business Media, 2007)

[13] HD Zeh ในการตีความการวัดในทฤษฎีควอนตัม รากฐานของฟิสิกส์ 1, 69 (1970)
https://doi.org/​10.1007/​BF00708656

[14] E. Joos และ HD Zeh การเกิดขึ้นของคุณสมบัติคลาสสิกผ่านการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม Zeitschrift für Physik B Condensed Matter 59, 223 (1985)
https://doi.org/​10.1007/​BF01725541

[15] M. Schlosshauer, Quantum decoherence, รายงานฟิสิกส์ 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 และ S. Haroche การสังเกตการแยกส่วนแบบก้าวหน้าของ "มิเตอร์" ในการวัดควอนตัม จดหมายทบทวนทางกายภาพ 77, 4887 (1996)
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.77.4887

[17] AN Jordan และ AN Korotkov การคลายฟังก์ชันคลื่นโดยการยกเลิกการวัดควอนตัม ฟิสิกส์ร่วมสมัย 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 และ MH Devoret เพื่อจับและถอยหลังการกระโดดควอนตัมกลางเที่ยวบิน ธรรมชาติ 570, 200 ( 2019)
https://doi.org/10.1038/​s41586-019-1287-z

[19] M. Carlesso, S. Donadi, L. Ferialdi, M. Paternostro, H. Ulbricht และ A. Bassi สถานะปัจจุบันและความท้าทายในอนาคตของการทดสอบแบบไม่อินเตอร์เฟอโรเมตริกของแบบจำลองการล่มสลาย ฟิสิกส์ธรรมชาติ 18, 243 (2022)
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01489-5

[20] เอช.-พี. Breuer, F. Petruccione, et al., ทฤษฎีของระบบควอนตัมเปิด (Oxford University Press on Demand, 2002)

[21] N. Margolus และ LB Levitin, ความเร็วสูงสุดของวิวัฒนาการแบบไดนามิก, Physica D: ปรากฏการณ์ไม่เชิงเส้น 120, 188 (1998)
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0167-2789(98)00054-2

[22] MM Taddei, BM Escher, L. Davidovich และ RL de Matos Filho, การจำกัดความเร็วควอนตัมสำหรับกระบวนการทางกายภาพ, จดหมายตรวจสอบทางกายภาพ 110, 050402 (2013)
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.110.050402

[23] A. del Campo, IL Egusquiza, MB Plenio และ SF Huelga การจำกัดความเร็วควอนตัมในไดนามิกของระบบเปิด ฟิสิกส์ สาธุคุณเลตต์. 110, 050403 (2013)
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.110.050403

[24] S. Deffner และ E. Lutz, ขีดจำกัดความเร็วควอนตัมสำหรับไดนามิกที่ไม่ใช่มาร์โคเวียน, จดหมายตรวจสอบทางกายภาพ 111, 010402 (2013)
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.111.010402

[25] LP García-Pintos, SB Nicholson, JR Green, A. del Campo และ AV Gorshkov, Unifying ควอนตัมและขีดจำกัดความเร็วแบบคลาสสิกบนสิ่งที่สังเกตได้, Physical Review X 12, 011038 (2022)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevX.12.011038

[26] P. Strasberg, K. Modi และ M. Skotiniotis ใช้เวลานานเท่าใดในการดำเนินการวัดแบบฉายภาพ European Journal of Physics 43, 035404 (2022)
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6404/​ac5a7a

[27] WH Zurek พื้นฐานของตัวชี้ของอุปกรณ์ควอนตัม: แพ็กเก็ตคลื่นยุบลงในส่วนผสมใด การทบทวนทางกายภาพ D 24, 1516 (1981)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevD.24.1516

[28] เราอาจกังวลกับคำจำกัดความของการวัดแบบ "คลุมเครือ" ซึ่งขึ้นอยู่กับสถานะของระบบเพียงแค่เข้าใกล้ $rho ^ mathcal {QA} mathcal {M}$ แนวคิดที่ชัดเจนและเป็นกลางมากขึ้นจะเกิดขึ้นหากแรงโน้มถ่วงควอนตัมบ่งบอกถึงความไม่แน่นอนพื้นฐานในการวัด GambiniLPPullin2019

[29] V. Vedral บทบาทของเอนโทรปีสัมพัทธ์ในทฤษฎีข้อมูลควอนตัม Rev. Mod ฟิสิกส์ 74, 197 (2002)
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.74.197

[30] F. Hiai และ D. Petz, สูตรที่เหมาะสมสำหรับเอนโทรปีสัมพัทธ์และซีมโทติกส์ในความน่าจะเป็นควอนตัม, การสื่อสารในฟิสิกส์คณิตศาสตร์ 143, 99 (1991)
https://doi.org/​10.1007/​BF02100287

[31] ในขณะที่ขอบเขตทางเลือกของอัตราเอนโทรปีได้รับมา [55-57] ข้อได้เปรียบหลักของสมการ (7) ก็คือเกี่ยวข้องกับการเบี่ยงเบนมาตรฐานแทนที่จะเป็นบรรทัดฐานของผู้ปฏิบัติงาน ซึ่งโดยทั่วไปจะส่งผลให้เกิดขอบเขตที่เข้มงวดมากขึ้น [25]

[32] D. Reeb และ MM Wolf ผูกพันกับเอนโทรปีสัมพัทธ์โดยความแตกต่างของเอนโทรปี ธุรกรรม IEEE เกี่ยวกับทฤษฎีข้อมูล 61, 1458 (2015)
https://doi.org/​10.1109/​TIT.2014.2387822

[33] J. Casanova, G. Romero, I. Lizuain, JJ García-Ripoll และ E. Solano, ระบบการมีเพศสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งของโมเดล jaynes-cummings, จดหมายทบทวนทางกายภาพ 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 และ HJ Wörner, การพุ่งของพัลส์เอ็กซ์เรย์แบบอ่อน 43-attosecond ที่สร้างโดย cep-stable กลางที่เสถียร ไดรเวอร์อินฟราเรด, Optics express 25, 27506 (2017)
https://doi.org/10.1364/​OE.25.027506

[35] AJ Leggett, S. Chakravarty, AT Dorsey, MP Fisher, A. Garg และ W. Zwerger, พลวัตของระบบสองสถานะ dissipative, รีวิวฟิสิกส์สมัยใหม่ 59, 1 (1987)
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.59.1

[36] W. Marshall, C. Simon, R. Penrose และ D. Bouwmeester, Toward 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 และ EA Laird, แบบจำลองวัตถุประสงค์การทดสอบอุปกรณ์ displacemon สามารถยุบได้หรือไม่, AVS Quantum Science 3, 045603 (2021)
https://doi.org/10.1116/​5.0073626

[38] R. Penrose, เกี่ยวกับบทบาทของแรงโน้มถ่วงในการลดสถานะควอนตัม, ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและความโน้มถ่วง 28, 581 (1996)
https://doi.org/​10.1007/​BF02105068

[39] R. Gambini, RA Porto และ J. Pullin การถอดรหัสพื้นฐานจากแรงโน้มถ่วงควอนตัม: การทบทวนการสอน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและความโน้มถ่วง 39, 1143 (2007)
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10714-007-0451-1

[40] MP Blencowe, แนวทางทฤษฎีสนามที่มีประสิทธิภาพเพื่อการลดความสอดคล้องที่เกิดจากแรงโน้มถ่วง, ฟิสิกส์ สาธุคุณเลตต์. 111, 021302 (2013)
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.111.021302

[41] D. Walls, M. Collet และ G. Milburn, การวิเคราะห์การวัดควอนตัม, การทบทวนทางกายภาพ D 32, 3208 (1985)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevD.32.3208

[42] เอ็ม. บรูน, เอส. ฮาโรช, เจ.-เอ็ม. Raimond, L. Davidovich และ N. Zagury การจัดการโฟตอนในโพรงโดยการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างอะตอมและสนามแบบกระจาย: การวัดควอนตัม-ไม่ทำลายล้างและการสร้าง ''schrödinger cat''states, Physical Review A 45, 5193 (1992)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.45.5193

[43] อีกทางเลือกหนึ่ง เราอาจเลือก $H_ ข้อความ {int}$ อื่นเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการสับเปลี่ยน เช่น $H_ text {int} = b^dagger bsum_k g_k(a_k^dagger + a_k)$ [41] อย่างไรก็ตาม แฮมิลตันเนียนกล่าวว่าเป็น เป็นตัวแทนของการเชื่อมโยงรัฐ Fock เข้ากับโหมดสิ่งแวดล้อม ซึ่งไม่สมจริงและโดยทั่วไปแล้วจึงไม่ได้ใช้

[44] มาตราส่วนของ $1/​|alpha |$ ในขอบเขตของเราดูเหมือนจะไม่เห็นด้วยกับที่พบใน Refs. brune1992manipulation,brune1996observing โดยที่พวกเขาพบเวลา decoherence ที่มาตราส่วนเป็น $1/|alpha |^2$ ความแตกต่างเกิดจากการเลือกปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างกัน การจัดการกับ Hamiltonian Brune1992

[45] B. Vlastakis, G. Kirchmair, Z. Leghtas, SE Nigg, L. Frunzio, SM Girvin, M. Mirrahimi, MH Devoret และ RJ Schoelkopf, การเข้ารหัสข้อมูลควอนตัมอย่างกำหนดโดยใช้สถานะแมวชโรดิงเงอร์ 100 โฟตอน, วิทยาศาสตร์ 342, 607 ( 2013)
https://doi.org/10.1126/​science.1243289

[46] F. Pokorny, C. Zhang, G. Higgins, A. Cabello, M. Kleinmann และ M. Hennrich การติดตามพลวัตของการวัดควอนตัมในอุดมคติ Phys สาธุคุณเลตต์. 124, 080401 (2020).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.124.080401

[47] ม.-เจ. Hu, Y. Chen, Y. Ma, X. Li, Y. Liu, Y.-S. Zhang และ H. Miao การจำลองที่ปรับขนาดได้ของกระบวนการวัดควอนตัมด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม arXiv e-prints , arXiv (2022)
https://doi.org/​10.48550/​ARXIV.2206.14029

[48] เจดี เบเกนสไตน์ ขอบเขตบนของสากลเกี่ยวกับอัตราส่วนเอนโทรปีต่อพลังงานสำหรับระบบที่มีขอบเขต ฟิสิกส์ รายได้ D 23, 287 (1981)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevD.23.287

[49] S. Deffner และ E. Lutz, ความไม่เท่าเทียมกันของ clausius ทั่วไปสำหรับกระบวนการควอนตัมที่ไม่สมดุล, จดหมายทบทวนทางกายภาพ 105, 170402 (2010)
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.105.170402

[50] K. Jacobs, การวัดควอนตัมและกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์: ต้นทุนพลังงานของการวัดคือมูลค่างานของข้อมูลที่ได้มา, Physical Review E 86, 040106 (2012)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevE.86.040106

[51] M. Navascués และ S. Popescu, การอนุรักษ์พลังงานจำกัดการวัดผลของเราอย่างไร, Phys. สาธุคุณเลตต์. 112, 140502 (2014)
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.112.140502

[52] S. Deffner, JP Paz และ WH Zurek งานควอนตัมและต้นทุนทางอุณหพลศาสตร์ของการวัดควอนตัม Physical Review E 94, 010103 (2016)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevE.94.010103

[53] Y. Guryanova, N. Friis และ M. Huber, การวัดเชิงโครงการในอุดมคติมีค่าใช้จ่ายทรัพยากรที่ไม่มีที่สิ้นสุด, Quantum 4, 222 (2020)
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-01-13-222

[54] R. Gambini, LP García-Pintos และ J. Pullin การตีความกลศาสตร์ควอนตัมที่สอดคล้องกันในโลกเดียวจากความไม่แน่นอนของเวลาและความยาวพื้นฐาน ฟิสิกส์ ฉบับที่ 100, 012113 (2019)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.100.012113

[55] S. Bravyi, ขอบเขตบนของอัตราการพัวพันของแฮมิลตันเนียนสองฝ่าย, Phys. ฉบับที่ 76, 052319 (2007)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.76.052319

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

[57] B. Mohan, S. Das และ AK Pati, ขีดจำกัดความเร็วควอนตัมสำหรับข้อมูลและการเชื่อมโยงกัน, New Journal of Physics 24, 065003 (2022)
https://doi.org/10.1088/​1367-2630/​ac753c

อ้างโดย

[1] Iman Sargolzahi “การวัดทันทีสามารถแยกข้อมูลได้”, arXiv: 2306.09670, (2023).

การอ้างอิงข้างต้นมาจาก are อบต./นาซ่าโฆษณา (ปรับปรุงล่าสุดสำเร็จ 2023-11-14 11:49:02 น.) รายการอาจไม่สมบูรณ์เนื่องจากผู้จัดพิมพ์บางรายไม่ได้ให้ข้อมูลอ้างอิงที่เหมาะสมและครบถ้วน

ไม่สามารถดึงข้อมูล Crossref อ้างโดย data ระหว่างความพยายามครั้งล่าสุด 2023-11-14 11:49:01 น.: ไม่สามารถดึงข้อมูลที่อ้างถึงสำหรับ 10.22331/q-2023-11-14-1182 จาก Crossref นี่เป็นเรื่องปกติหาก DOI ได้รับการจดทะเบียนเมื่อเร็วๆ นี้

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก วารสารควอนตัม