Artiklen med resultaterne af eksperimentet blev offentliggjort i tidsskriftet PRX QUANTUM. Quantum Tomography kaldes en procedure, der gør det muligt for forskere at udtrække en kvantestatsbeskrivelse fra eksperimentelle data. Ideelt set bør tomografi give den mest komplette beskrivelse som angivet af densitetsmatrixen. Men med en stigning i antallet af terninger i systemet vokser antallet af nødvendige målinger eksponentielt, hvilket gør målinger umuligt.
For at løse dette problem i 2017 blev der foreslået en alternativ tilgang kaldet "Shadow Tomography". Det giver dig mulighed for at udtrække mange (men ikke alle) funktionerne i tilstanden af et begrænset antal målinger og dermed undgå den såkaldte "forbandelse af dimension" (mere med begrundelsen for skygge tomografi-metoden, for eksempel i Arbejde i Scott Aaronson (Scott Aaronson) skygge tomografi af kvantetilstande).
Sidste år tilbød Xin-Yuan Huang (Hsin-Yuan Huang), Richard Kueng (Richard Kueng) og John Preskill (John Preskill) en ny metode, der signifikant forenklet implementeringen af de nødvendige målinger og lavede skyggeomografi tilgængelig fra et eksperimentelt punkt af Udsigt (H. -Y. Huang, R. Kueng, og J. Preskill, forudsige mange egenskaber af et kvantesystem fra meget få målinger). Det var denne metode, der blev eksperimentelt implementeret af fysikere fra CCT MSU.
Til eksperimentet blev der valgt et kvantoptisk system. CCC-forskere har udviklet en fremgangsmåde til kodning af kubesystemet i den rumlige form af lysstrålen og simulerede måleprotokollen, der er nødvendig for forudsigelsen af de forskellige egenskaber af kvantestatuset ved anvendelse af klassiske skygger ("Classic Shadow" kaldet den faktiske beskrivelse af kvantestatus ved hjælp af et meget lille antal målinger af denne tilstand).
Eksperimentel verifikation af protokollen i reelle betingelser for ufuldkomne målinger og instrumentelle fejl viste, at vurderingen fra den klassiske skygge er utroligt og giver de rigtige matematiske forventninger, selv når antallet af målinger, der bruges til at evaluere, er betydeligt mindre end nødvendigt for den komplette rekonstruktion af staten. Protokollen kan således faktisk bruges til at håndtere reelle eksperimentelle data.
"Demonstrationen af den eksperimentelle anvendelsesmetode for Shadhey Tomography er et vigtigt skridt i retning af sin bred anerkendelse af Fællesskabet som en vigtig måde," siger en af artiklens forfattere, leder af kvantens beregning af centrum af kvanteteknologier af Moskva State University Stanislav Huraslav.
- Hovedidéen er enkel og elegant, det kræver ikke nogen kompleks databehandling, så vi overvejer denne teknik en vigtig tilføjelse til værktøjssætet, der anvendes i eksperimenterne inden for kvanteteknologi. Dette bliver særligt vigtigt med fremkomsten af multi-kredsløbskvantumsystemer, som som regel er konstant kompliceret. "
Men som forskere noterer sig, er skyggetomografien i sig selv den metode, som den evaluerer ikke selve staten selv, men kun nogle af dens egenskaber. I tilfælde af et højt dimensionssystem kan denne tilgang være en udvælgelsesmetode til en eksperiment, der er interesseret i at estimere et specifikt sæt statslige egenskaber. Men hvis flere oplysninger om systemets tilstand er påkrævet, for eksempel at forstå kilderne til dekoherence i systemet, er andre metoder bedre egnede, hvis de stadig er mulige ud fra det krævede behov for måling af målinger.
Husk at i centrum af kvanteteknologi af Moskva State University, udføres arbejde på oprettelsen af en multi-circuit kvantumsimulator baseret på to platforme - enkelt kolde atomer i optiske fælder og enkeltfotoner i lineære optiske netværk. Med en konstant stigning i antallet af anvendte terninger er problemet med testkvantegistre særligt akut. Idéerne i skyggetomografi kan danne grundlag for nye, mindre dyre testmetoder og søge efter fejl og finde anvendt applikation, når de udvikler nye generationer af kvantprocessorer.
Kilde: Naked Science