Артыкул з вынікамі эксперыменту апублікаваная ў часопісе PRX Quantum. Квантавай тамаграфіяй называюць працэдуру, якая дазваляе навукоўцам здабываць апісанне квантавага стану з эксперыментальных дадзеных. У ідэале тамаграфія павінна прадастаўляць максімальна поўнае апісанне, як гэта зададзена матрыцай шчыльнасці. Аднак з ростам ліку кубитов ў сістэме лік патрэбных вымярэнняў расце экспанентна, што робіць правядзенне вымярэнняў немагчымым.
Для вырашэння гэтай праблемы ў 2017 годзе быў прапанаваны альтэрнатыўны падыход, названы «ценявы тамаграфіяй». Ён дазваляе атрымаць многія (хоць і не ўсе) асаблівасці стану з абмежаванага ліку вымярэнняў, пазбягаючы тым самым так званага «праклёны памернасці» (падрабязней з абгрунтаваннем метаду ценявы тамаграфіі можна азнаёміцца, напрыклад, у працы Скота Ааронсона (Scott Aaronson) Shadow Tomography of Quantum States).
У мінулым годзе сінечу-Юань Хуанг (Hsin-Yuan Huang), Рычард Куенг (Richard Kueng) і Джон Прескилл (John Preskill) прапанавалі новы варыянт метаду, які значна спрасціў рэалізацыю неабходных вымярэнняў і зрабіў ценявую тамаграфію даступнай з эксперыментальнай пункту гледжання (H. -Y. Huang, R. Kueng, and J. Preskill, Predicting many properties of a quantum system from very few measurements). Менавіта гэты метад быў эксперыментальна рэалізаваны фізікамі з ЦКТ МДУ.
Для эксперыменту была абраная квантава-аптычная сістэма. Навукоўцы ЦКТ распрацавалі спосаб кадавання сістэмы кубитов ў прасторавую форму светлавога пучка і змадэлявалі пратакол вымярэнняў, неабходны для прадказанні розных уласцівасцяў квантавага стану з выкарыстаннем класічных ценяў ( «класічнай ценем» называецца ўласна апісанне квантавага стану з выкарыстаннем вельмі невялікага ліку вымярэнняў гэтага стану).
Эксперыментальная праверка пратаколу ў рэальных умовах неідэальных вымярэнняў і інструментальных хібнасцяў паказала, што ацэнка, атрыманая з класічнай цені, з'яўляецца несмещенной і забяспечвае правільныя матэматычныя чакання нават тады, калі колькасць вымярэнняў, якія выкарыстоўваюцца для ацэнкі, значна менш, чым патрабуецца для поўнай рэканструкцыі стану. Такім чынам, пратакол сапраўды можа быць выкарыстаны для апрацоўкі рэальных эксперыментальных дадзеных.
«Дэманстрацыя эксперыментальнай карыснасці метаду ценявы тамаграфіі з'яўляецца важным крокам на шляху да яго шырокаму прызнанні супольнасцю ў якасці важнага спосабу, - кажа адзін з аўтараў артыкула, кіраўнік кірунку квантавых вылічэнняў Цэнтра квантавых тэхналогій МДУ Станіслаў Страупе.
- Асноўная ідэя простая і элегантная, яна не патрабуе якой-небудзь складанай апрацоўкі дадзеных, таму мы лічым гэтую тэхніку важным дадаткам да інструментара, якім карыстаецца ў эксперыментах ў галіне квантавых тэхналогій. Гэта становіцца асабліва важным са з'яўленнем многокубитных квантавых сістэм, якія, як правіла, пастаянна ўскладняюцца ».
Аднак, як адзначаюць навукоўцы, ценявая тамаграфія з'яўляецца па сваёй сутнасці метадам абмежаваным, так як яна ацэньвае не сам стан, а толькі некаторыя яго ўласцівасці. У выпадку сістэмы высокай памернасці такі падыход можа быць метадам выбару для эксперыментатара, зацікаўленага ў ацэнцы пэўнага набору уласцівасцяў стану. Але калі патрабуецца больш інфармацыі пра стан сістэмы, напрыклад, для разумення крыніц декогеренции ў сістэме, іншыя метады падыходзяць лепш, калі яны ўсё яшчэ здзяйсняльныя з пункту гледжання патрабаванага колькасці вымярэнняў.
Нагадаем, што ў Цэнтры квантавых тэхналогій МДУ вядуцца работы па стварэнні многокубитного квантавага сімулятара на базе двух платформаў - адзіночных халодных атамаў ў аптычных пастках і адзіночных фатонаў ў лінейна-аптычных сетках. Пры сталым павелічэнні колькасці выкарыстоўваюцца кубитов праблема тэставання квантавых рэгістраў ўстае асабліва востра. Ідэі ценявы тамаграфіі могуць легчы ў аснову новых, менш затратных метадаў тэсціравання і пошуку памылак, і знайсці прыкладное прымяненне пры распрацоўцы новых пакаленняў квантавых працэсараў.
Крыніца: Naked Science