Het artikel met de resultaten van het experiment werd gepubliceerd in het tijdschrift PRX Quantum. Quantum Tomografie wordt een procedure genoemd waarmee wetenschappers een kwantumstaatbeschrijving van experimentele gegevens kunnen extraheren. Idealiter moet tomografie de meest complete beschrijving leveren zoals gespecificeerd door de Density Matrix. Met een toename van het aantal kubussen in het systeem, groeit het aantal vereiste metingen exponentieel, waardoor de metingen onmogelijk is.
Om dit probleem in 2017 op te lossen, werd een alternatieve aanpak voorgesteld genoemd "schaduwtomografie". Hiermee kunt u veel (hoewel niet alle) de kenmerken van de staat van een beperkt aantal metingen extraheren, waardoor de zogenaamde "vloek van dimensie" (meer met de rechtvaardiging van de schaduwtomografiemethode bijvoorbeeld in de Werk van Scott Aaronson (Scott Aaronson) schaduwtomografie van quantumstaten).
Vorig jaar boden Xin-yuan Huang (Hsin-yuan Huang), Richard Kueng (Richard Kueng) en John Preskill (John Preskill) een nieuwe methode aangeboden die de implementatie van de noodzakelijke metingen aanzienlijk vereenvoudigde en schaduwtomografie beschikbaar is van een experimentele punt van Bekijk (H. -Y. Huang, R. Kueng en J. Preskill, die veel eigenschappen van een quantumsysteem van zeer weinig metingen) voorspellen). Het was deze methode die experimenteel werd geïmplementeerd door natuurkundigen van de CCT MSU.
Voor het experiment werd een quantum-optisch systeem geselecteerd. CCC-wetenschappers hebben een werkwijze ontwikkeld voor het coderen van het kubussysteem in de ruimtelijke vorm van de lichtbundel en gesimuleerd het meetprotocol dat nodig is voor de voorspelling van de verschillende eigenschappen van de kwantumtoestand met klassieke schaduwen ("klassieke schaduw" genaamd de werkelijke beschrijving van de Quantum State met behulp van een zeer klein aantal metingen van deze staat).
Experimentele verificatie van het protocol in reële omstandigheden van onvolmaakte metingen en instrumentele fouten toonden aan dat de beoordeling verkregen uit de klassieke schaduw ongelooflijk is en de juiste wiskundige verwachtingen verschaft, zelfs wanneer het aantal metingen dat wordt gebruikt om te evalueren aanzienlijk minder dan nodig is voor de volledige reconstructie van de staat. Het protocol kan dus daadwerkelijk worden gebruikt om echte experimentele gegevens te behandelen.
"De demonstratie van de experimentele hulpprogramma-methode van de Shadhey-tomografie is een belangrijke stap in de richting van zijn brede erkenning door de Gemeenschap als een belangrijke manier", zegt een van de auteurs van het artikel, hoofd van het kwantumcomputer van het centrum van de kwantumtechnologieën van Moscow State University Stanislav Huraslav.
- Het belangrijkste idee is eenvoudig en elegant, het vereist geen complexe gegevensverwerking, dus we beschouwen deze techniek een belangrijke toevoeging aan de toolkit die wordt gebruikt in de experimenten op het gebied van kwantumtechnologieën. Dit wordt vooral belangrijk met de komst van multi-circuit quantumsystemen, die in de regel constant ingewikkeld zijn. "
Als wetenschappers noot echter de schaduwtomografie inherent de methode beperkt, omdat het niet de staat zelf evalueert, maar slechts enkele eigenschappen. In het geval van een hoogdimensiesysteem kan deze aanpak een selectiemethode zijn voor een experimentator die geïnteresseerd is in het schatten van een specifieke set state-eigenschappen. Maar als er bijvoorbeeld meer informatie over de staat van het systeem is vereist, bijvoorbeeld om de bronnen van decoherence in het systeem te begrijpen, zijn andere methoden beter geschikt als ze nog steeds haalbaar zijn vanuit het oogpunt van de vereiste hoeveelheid metingen.
Herinner eraan dat in het centrum van de kwantumtechnologieën van de Staatsuniversiteit van Moskou worden uitgevoerd op het creëren van een multi-circuit Quantum-simulator op basis van twee platforms - enkele koude atomen in optische vallen en enkele fotonen in lineaire optische netwerken. Met een constante toename van het aantal gebruikte kubussen is het probleem van het testen van kwantumregisters bijzonder acuut. De ideeën van de schaduwtomografie kunnen de basis vormen voor nieuwe, minder kostbare testmethoden en zoeken naar fouten en een applicatie-applicatie zoeken bij het ontwikkelen van nieuwe generaties van kwantumprocessors.
Bron: Naked Science