Обмеження мінімального часу квантового вимірювання

Обмеження мінімального часу квантового вимірювання

Мітка часу: 14 листопада 2023 р., 6:48

Натан Шеттел1, Федеріко Центроне2і Луїс Педро Гарсія-Пінтос3,4

1Центр квантових технологій, Національний університет Сінгапуру, Сінгапур 117543, Сінгапур
2ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, Барселонський інститут науки і технологій, 08860 Кастельдефельс (Барселона), Іспанія
3Об’єднаний центр квантової інформації та комп’ютерної науки та Об’єднаний квантовий інститут, Університет Меріленда, Коледж-Парк, Меріленд 20742, США
4Теоретичний відділ (T4), Національна лабораторія Лос-Аламоса, Лос-Аламос, Нью-Мексико 87545, США

Вам цей документ цікавий чи ви хочете обговорити? Скайте або залиште коментар на SciRate.

абстрактний

Вимірювання відіграють особливу роль у квантовій теорії. Хоча їх часто ідеалізують як миттєвий процес, це суперечить усім іншим фізичним процесам у природі. У цьому листі ми дотримуємося точки зору, згідно з якою взаємодія з навколишнім середовищем є вирішальним компонентом для здійснення вимірювання. У цій структурі ми виводимо нижні межі часу, необхідного для проведення вимірювання. Наша межа масштабується пропорційно до зміни ентропії вимірюваної системи та зменшується, коли збільшується кількість можливих результатів вимірювання або сила взаємодії, що керує вимірюванням. Ми оцінюємо нашу межу в двох прикладах, де середовище моделюється бозонними модами, а вимірювальний прилад моделюється спінами або бозонами.

Обмеження мінімального часу квантового вимірювання PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальний пошук. Ai.

► Дані BibTeX

► Список літератури

[1] Н. Бор та ін., Квантовий постулат і останній розвиток атомної теорії, том. 3 (Надруковано у Великій Британії R. & R. Clarke, Limited, 1928).

[2] EP Wigner, Огляд квантово-механічної проблеми вимірювання, Science, Computers, and the Information Slaught, 63 (1984).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​B978-0-12-404970-3.50011-2

[3] Дж. Буб та І. Пітовскі, Дві догми про квантову механіку, Багато світів, 433 (2010).

[4] M. Schlosshauer, J. Kofler, and A. Zeilinger, A snapshot of the fundamental approaches to quantum mechanics, 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] В. Гейзенберг, Фізичні принципи квантової теорії (Courier Corporation, 1949).

[6] HP Stapp, Копенгагенська інтерпретація, American journal of physics 40, 1098 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1986768

[7] Дж. фон Нейман, Математичні основи квантової механіки: Нове видання (Princeton university press, 2018).

[8] Ч. Брукнер, Про проблему квантового вимірювання, у Quantum [Un] Speakables II (Springer International Publishing, 2017) стор. 95–117.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-38987-5_5

[9] WH Zurek, Decoherence, einselection, and the quantum origins of classical, Reviews of modern physics 75, 715 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.75.715

[10] WH Zurek, Квантовий дарвінізм, Фізика природи 5, 181 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1038/​nphys1202

[11] М. Шлосшауер, Декогеренція, проблема вимірювання та інтерпретації квантової механіки, Огляди сучасної фізики 76, 1267 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.76.1267

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

[13] HD Zeh, Про інтерпретацію вимірювання в квантовій теорії, Основи фізики 1, 69 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00708656

[14] E. Joos і HD Zeh, Поява класичних властивостей через взаємодію з навколишнім середовищем, Zeitschrift für Physik B Condensed Matter 59, 223 (1985).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01725541

[15] М. Шлосшауер, Квантова декогеренція, Physics Reports 831, 1 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.physrep.2019.10.001

[16] М. Брюн, Е. Хеглі, Дж. Драйер, X. Метр, А. Маалі, К. Вундерліх, Дж. Раймонд і С. Гарош, Спостереження прогресивної декогеренції «метра» в квантовому вимірюванні, Physical Review Letters 77, 4887 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4887

[17] А. Н. Джордан та А. Н. Коротков, Розгортання хвильової функції шляхом скасування квантових вимірювань, Сучасна фізика 51, 125 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107510903385292

[18] З. К. Мінєв, С. О. Мундхада, С. Шанкар, П. Рейнхольд, Р. Гутіеррес-Хаурегі, Р. Дж. Шолкопф, М. Міррахімі, Х. Дж. Кармайкл і М. Х. Деворет, «Зловити та повернути назад квантовий стрибок у польоті», Nature 570, 200 ( 2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-019-1287-z

[19] М. Карлессо, С. Донаді, Л. Феріальді, М. Патерностро, Х. Ульбріхт і А. Бассі, Сучасний стан і майбутні проблеми неінтерферометричних випробувань моделей колапсу, Nature Physics 18, 243 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01489-5

[20] Х.-П. Брейєр, Ф. Петруччоне та ін., Теорія відкритих квантових систем (Oxford University Press on Demand, 2002).

[21] N. Margolus і LB Levitin, Максимальна швидкість динамічної еволюції, Physica D: Nonlinear Phenomena 120, 188 (1998).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0167-2789(98)00054-2

[22] MM Taddei, BM Escher, L. Davidovich і RL de Matos Filho, Квантова межа швидкості для фізичних процесів, Physical review letters 110, 050402 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.050402

[23] A. del Campo, IL Egusquiza, MB Plenio та SF Huelga, Квантові обмеження швидкості в динаміці відкритих систем, Phys. Преподобний Летт. 110, 050403 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.050403

[24] С. Деффнер і Е. Лутц, Квантова межа швидкості для немарковської динаміки, Фізичні оглядові листи 111, 010402 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.010402

[25] Л. П. Гарсіа-Пінтос, С. Б. Ніколсон, Дж. Р. Грін, А. дель Кампо та А. В. Горшков, Уніфікація квантових і класичних обмежень швидкості спостережуваних, Physical Review X 12, 011038 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011038

[26] П. Страсберг, К. Моді та М. Скотініотіс, Скільки часу потрібно для реалізації проективного вимірювання?, Європейський журнал фізики 43, 035404 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6404/​ac5a7a

[27] WH Zurek, Вказівна основа квантового апарату: в яку суміш колапсує хвильовий пакет?, Фізичний огляд D 24, 1516 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.1516

[28] Хтось може бути стурбований «нечітким» визначенням вимірювання, яке покладається на те, що стан системи просто наближається до $rho ^ mathcal {QA}_ mathcal {M}$. Більш чіткі, об’єктивні уявлення виникають, якщо квантова гравітація передбачає фундаментальну невизначеність у вимірюваннях GambiniLPPullin2019.

[29] V. Vedral, Роль відносної ентропії в квантовій теорії інформації, Rev. Mod. фіз. 74, 197 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.74.197

[30] Ф. Хіай і Д. Петц, Правильна формула для відносної ентропії та її асимптотики в квантовій ймовірності, Повідомлення в математичній фізиці 143, 99 (1991).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02100287

[31] Хоча альтернативні обмеження рівня ентропії були отримані [55-57], головна перевага рівняння (7) полягає в тому, що in включає стандартні відхилення замість операторних норм, що зазвичай призводить до більш жорстких обмежень [25].

[32] Д. Ріб і М. М. Вулф, Жорстка залежність відносної ентропії через різницю ентропії, 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, and 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, and HJ Wörner, Streaking of 43-attosecond м’які рентгенівські імпульси, створені пасивно cep-стабільною середньою інфрачервоний драйвер, Optics express 25, 27506 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.25.027506

[35] AJ Leggett, S. Chakravarty, AT Dorsey, MP Fisher, A. Garg, and 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] В. Маршалл, С. Саймон, Р. Пенроуз і Д. Баумістер, До квантових суперпозицій дзеркала, Physical Review Letters 91, 130401 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.130401

[37] LA Kanari-Naish, J. Clarke, MR Vanner та EA Laird, Чи може пристрій displacemon тестувати об’єктивні моделі колапсу?, AVS Quantum Science 3, 045603 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1116 / 5.0073626

[38] Р. Пенроуз, Про роль гравітації в квантовій редукції стану, Загальна теорія відносності та гравітація 28, 581 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02105068

[39] Р. Гамбіні, Р. А. Порто та Дж. Пуллін, Фундаментальна декогеренція квантової гравітації: педагогічний огляд, Загальна теорія відносності та гравітація 39, 1143 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10714-007-0451-1

[40] MP Blencowe, Підхід теорії ефективного поля до гравітаційно індукованої декогеренції, Phys. Преподобний Летт. 111, 021302 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.021302

[41] Д. Уоллс, М. Коллет і Г. Мілберн, Аналіз квантового вимірювання, Physical Review D 32, 3208 (1985).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.32.3208

[42] М. Брюне, Ш. Гарош, Ж.-М. Раймонд, Л. Давидович і Н. Загурі, Маніпулювання фотонами в порожнині за допомогою дисперсійного зв’язку атом-поле: Квантові вимірювання без руйнування та генерація станів «кота Шредінгера», Physical Review A 45, 5193 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.5193

[43] Крім того, можна було вибрати альтернативний $H_ текст {int}$, щоб уникнути проблеми комутативності, наприклад, $H_ текст {int} = b^dagger bsum_k g_k(a_k^dagger + a_k)$ [41], однак згаданий гамільтоніан є репрезентативний зв’язок станів Фока з модами навколишнього середовища, що є нереалістичним і тому зазвичай не використовується.

[44] Масштабування $1/​|alpha |$ у наших межах, здається, не узгоджується з тим, що знайдено в Refs. brune1992manipulation,brune1996observing, де вони знайшли час декогеренції, який масштабується як $1/​|alpha |^2$. Різниця зумовлена ​​різним вибором взаємодії гамільтонівської маніпуляції brune1992.

[45] B. Vlastakis, G. Kirchmair, Z. Leghtas, SE Nigg, L. Frunzio, SM Girvin, M. Mirrahimi, MH Devoret, and 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 і M. Hennrich, Відстеження динаміки ідеального квантового вимірювання, Phys. Преподобний Летт. 124, 080401 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.080401

[47] М.-Ж. Ху, Ю. Чен, Ю. Ма, X. Лі, Ю. Лю, Ю.-С. Чжан і Х. Мяо, Масштабована симуляція процесу квантового вимірювання за допомогою квантових комп’ютерів, електронні відбитки arXiv, arXiv (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2206.14029

[48] JD Bekenstein, Універсальна верхня межа відношення ентропії до енергії для обмежених систем, Phys. Rev. D 23, 287 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.23.287

[49] С. Деффнер і Е. Лутц, Узагальнена нерівність Клаузіуса для нерівноважних квантових процесів, Фізичні оглядові листи 105, 170402 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.170402

[50] К. Джейкобс, Квантові вимірювання та перший закон термодинаміки: вартість енергії вимірювання — це значення роботи отриманої інформації, Physical Review E 86, 040106 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.86.040106

[51] M. Navascués і S. Popescu, Як збереження енергії обмежує наші вимірювання, Phys. Преподобний Летт. 112, 140502 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.140502

[52] S. Deffner, JP Paz і WH Zurek, Квантова робота та термодинамічна вартість квантових вимірювань, Physical Review E 94, 010103 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.94.010103

[53] Ю. Гурьянова, Н. Фрііс і М. Хубер, Ідеальні проективні вимірювання мають нескінченні витрати ресурсів, Квант 4, 222 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-01-13-222

[54] Р. Гамбіні, Л. П. Гарсіа-Пінтос і Дж. Пуллін, Послідовна інтерпретація квантової механіки в єдиному світі на основі фундаментальних невизначеностей часу та довжини, Phys. A 100, 012113 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012113

[55] S. Bravyi, Верхні межі швидкості заплутування дводольних гамільтоніанів, Phys. Rev. A 76, 052319 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.052319

[56] С. Деффнер, Енергетична вартість гамільтонових квантових вентилів, EPL (Europhysics Letters) 134, 40002 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1209/​0295-5075/​134/​40002

[57] Б. Мохан, С. Дас і А. К. Паті, Квантові обмеження швидкості для інформації та когерентності, New Journal of Physics 24, 065003 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac753c

Цитується

[1] Іман Сарголзахі, «Миттєве вимірювання може виділити інформацію», arXiv: 2306.09670, (2023).

Вищезазначені цитати від SAO / NASA ADS (останнє оновлення успішно 2023-11-14 11:49:02). Список може бути неповним, оскільки не всі видавці надають відповідні та повні дані про цитування.

Не вдалося отримати Перехресне посилання, наведене за даними під час останньої спроби 2023-11-14 11:49:01: Не вдалося отримати цитовані дані для 10.22331/q-2023-11-14-1182 з Crossref. Це нормально, якщо DOI був зареєстрований нещодавно.

Ця стаття опублікована в Quantum під Creative Commons Attribution 4.0 International (CC на 4.0) ліцензія. Авторське право залишається за оригінальними власниками авторських прав, такими як автори або їх установи.

Часова мітка:

Більше від Квантовий журнал