Экспериментальная реализация интерферометрической количественной томографии

Квантовая томография — это процесс, включающий реконструкцию и характеристику квантового состояния с использованием серии собранных измерений. За последние несколько лет многие физики пытались использовать этот процесс, чтобы узнать больше о квантовых состояниях, поскольку он также может привести к развитию квантовых технологий.

Исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре недавно продемонстрировали в экспериментальных условиях количественную интерферометрическую томографию (QOT), подтип квантовой томографии, который совсем недавно был теоретической конструкцией. Их статья была опубликована в Физические обзорные письмаэто может принести пользу будущим исследованиям в области квантовой физики, предлагая новый мощный инструмент для изучения таких систем.

«Мы экспериментально реализовали QOT с помощью линейной оптической системы и продемонстрировали ее преимущество перед широко распространенной полномасштабной томографией», — рассказал Phys.org Чжэннин Ян, один из исследователей, проводивших исследование. QOT — это метод реконструкции подсистем неизвестного многотельного квантового состояния с использованием небольшого набора данных, который был Первое теоретическое предложение Написано Джорданом Котлером и Фрэнком Уилчеком из Стэнфордского университета и Массачусетского технологического института».

Недавняя работа Янга и его коллег основана на исследовании Котлера и Вильчека 2020 года, которые предположили, что неизвестное состояние запутанности можно полностью различить, используя серию однокубитных измерений с помощью процесса, который они называют QOT. Команда Наньянского технологического университета хотела проверить эту теоретическую идею в экспериментальных условиях.

«Мы построили оптическую платформу для воспроизведения квантового состояния 4/6 кубитов, переносимого одним фотоном кубита», — пояснил Ян. «Транскрипты состояний затем измеряются в полном наборе количественных баз. Затем мы использовали набор данных измерений для статистической оценки исходного квантового состояния двумя разными методами, томографией всего состояния (FST) и QOT, чтобы сравнить, насколько хорошо они работают».

Эксперименты исследователей дали очень многообещающие результаты, предполагая, что QOT является более надежным методом описания квантовых состояний, чем FST, традиционный процесс квантовой томографии, используемый для описания интегральных квантовых состояний. Кроме того, QOT может точно характеризовать квантовые состояния, используя гораздо меньше измерений.

«Мы обнаружили, что QOT может получать значительно более точные результаты, чем FST, при том же количестве измерений без внесения очевидных систематических ошибок», — сказал Ян.

Результаты, собранные Янгом и его коллегами, подчеркивают большой потенциал QOT для изучения квантовых состояний. Таким образом, в будущем они могли бы поощрять использование метода характеристики квантового состояния как в исследованиях, так и в промышленных условиях, например, помогая разрабатывать более совершенные квантовые компьютеры или другие квантовые технологии.

«Просматривая всю работу над QOT, мы обнаруживаем, что интерферометрия является мощным инструментом для эффективного извлечения информации из квантового состояния», — добавил Ян. «Таким образом, теперь мы планируем увидеть, насколько это эффективно для количественной оценки всей системы, а не только ее подсистем. Мы надеемся, что это будет самый эффективный протокол количественной томографии, возможный для большинства систем».