L'article avec les résultats de l'expérience a été publié dans la revue PRX Quantum. La tomographie quantique s'appelle une procédure permettant aux scientifiques d'extraire une description de l'état quantique des données expérimentales. Idéalement, la tomographie devrait fournir la description la plus complète spécifiée par la matrice de densité. Cependant, avec une augmentation du nombre de cubes du système, le nombre de mesures requises augmente de manière exponentielle, ce qui rend les mesures impossibles.
Pour résoudre ce problème en 2017, une approche alternative a été proposée appelée "tomographie shadow". Il vous permet d'extraire de nombreux (bien que pas tous) les caractéristiques de l'état d'un nombre limité de mesures, évitant ainsi la soi-disant "malédiction de dimension" (plus avec la justification de la méthode de tomographie ombre, par exemple dans le Travail de Scott Aaronson (Scott Aaronson) Shadow Tomographie d'états quantiques).
L'année dernière, Xin-Yuan Huang (Hsin-Yuan Huang), Richard Kueng (Richard Kueng) et John Prescill (John Prescill) proposer une nouvelle méthode qui simplifie considérablement la mise en œuvre des mesures nécessaires et la tomographie ombragée offerte d'un point expérimental de Vue (H. -y. Huang, R. Kueng et J. Preskill, prédisant de nombreuses propriétés d'un système quantique de très peu de mesures). C'était cette méthode qui a été mise en œuvre expérimentalement par des physiciens de la MSU du CCT.
Pour l'expérience, un système quantum-optique a été sélectionné. Les scientifiques de la CCC ont mis au point une méthode pour encoder le système cube dans la forme spatiale du faisceau lumineux et simulé le protocole de mesure nécessaire à la prédiction des différentes propriétés de l'état quantique à l'aide de ombres classiques («ombre classique» appelée la description réelle de la état quantique utilisant un très petit nombre de mesures de cet état).
La vérification expérimentale du protocole dans des conditions réelles des mesures imparfaites et des erreurs instrumentales a montré que l'évaluation obtenue de l'ombre classique est incroyable et fournit les bonnes attentes mathématiques même lorsque le nombre de mesures utilisées pour évaluer est significativement moins que nécessaire pour la reconstruction complète de la reconstruction de l'état. Ainsi, le protocole peut en fait être utilisé pour gérer de vraies données expérimentales.
"La démonstration de la méthode de l'utilité expérimentale de la tomographie shadhey est une étape importante vers sa grande reconnaissance de la communauté comme une manière importante", déclare l'un des auteurs de l'article, responsable du calcul quantique du centre des technologies quantiques de Université d'État de Moscou Stanislav Huraslav.
- L'idée principale est simple et élégante, elle ne nécessite aucun traitement de données complexe. Nous considérons donc cette technique un ajout important à la boîte à outils utilisée dans les expériences dans le domaine des technologies quantiques. Cela devient particulièrement important avec l'avènement des systèmes quantiques multi-circuits, qui, en règle générale, sont constamment compliqués. "
Cependant, comme les scientifiques notent, la tomographie de l'ombre est intrinsèquement la méthode limitée, car elle n'évalue pas l'état lui-même, mais seulement certaines de ses propriétés. Dans le cas d'un système de dimension élevé, cette approche peut être une méthode de sélection pour un expérimentateur intéressé à estimer un ensemble spécifique de propriétés de l'état. Mais si plus d'informations sur l'état du système est requise, par exemple, de comprendre les sources de décohérence dans le système, d'autres méthodes conviennent mieux si elles sont toujours réalisables du point de vue de la quantité requise de mesures.
Rappelons que, dans le centre des technologies quantiques de l'Université d'État de Moscou, des travaux sont effectués sur la création d'un simulateur quantique multi-circuits basé sur deux plates-formes - des atomes à un seul froid dans des pièges optiques et des photons simples dans des réseaux optiques linéaires. Avec une augmentation constante du nombre de cubes utilisés, le problème des tests de registres quantiques est particulièrement aigu. Les idées de la tomographie ombre peuvent constituer la base de méthodes de test neuves et moins coûteuses et de rechercher des erreurs et de trouver une application appliquée lors du développement de nouvelles générations de processeurs quantiques.
Source: science nue