Новый метод, называемый прямым измерением с сжатием, позволил команде реконструировать квантовое состояние с точностью 90% (мера точности), используя только четверть измерений, требуемых предыдущими методами.«Мы впервые объединили слабое измерение и зондирование сжатия, чтобы продемонстрировать революционный и быстрый метод измерения многомерного квантового состояния», — сказал Мохаммад Мирхоссейни, аспирант исследовательской группы квантовой фотоники в Университете Рочестера. и ведущий автор статьи, публикуемой сегодня в Physical Review Letters.Исследовательская группа, в которую также входили аспиранты Омар Магана-Лоаиза и Сейед Мохаммад Хашеми Рафсанджани и профессор Роберт Бойд, первоначально проверила свой метод на 192-мерном состоянии.
Достигнув успеха в этом большом состоянии, они затем приняли массивное, 19 200-мерное состояние. Их эффективная техника ускорила процесс в 350 раз и потребовала всего 20 процентов от всех измерений, требуемых традиционным прямым измерением для восстановления состояния.
«Чтобы воспроизвести наш результат, используя только прямое измерение, потребуется более одного года выдержки», — сказал Рафсанджани. «Мы провели эксперимент менее чем за 48 часов».В то время как недавние методы измерения сжатия использовались для измерения наборов дополнительных переменных, таких как положение и импульс, Мирхоссейни объясняет, что их метод позволяет им измерять полную волновую функцию.Сжатие широко используется в классическом мире цифровых носителей, включая записанную музыку, видео и изображения.
Например, MP3 на вашем телефоне — это аудиофайлы, в которых были сжаты биты информации, чтобы уменьшить размер файла за счет небольшой потери качества звука.В цифровых камерах, чем больше пикселей вы можете собрать из сцены, тем выше качество изображения и тем больше будет файл. Но оказывается, что большинство этих пикселей не передают важную информацию, которую необходимо захватить со сцены. Большинство из них можно реконструировать позже.
Компрессионное зондирование работает путем случайной выборки порций со всей сцены и использования этих шаблонов для заполнения недостающей информации.Точно так же для квантовых состояний нет необходимости измерять каждое измерение многомерного состояния. Чтобы получить качественное изображение квантовой системы, требуется всего несколько измерений.
Метод, предложенный Mirhosseini et al. имеет важные потенциальные приложения в области квантовой информатики. Эта область исследований стремится использовать фундаментальные квантовые эффекты для различных приложений, включая безопасную связь, телепортацию квантовых состояний и, в идеале, для выполнения квантовых вычислений. Этот последний процесс имеет большие перспективы как метод, который, в принципе, может привести к резкому ускорению некоторых типов вычислений.
Все эти приложения требуют использования сложных квантовых состояний, и новый метод, описанный здесь, предлагает эффективные средства для характеристики этих состояний.Финансирование исследований было предоставлено Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA), программой Information in a Photon (InPho), Агентством по уменьшению угрозы обороны США (DTRA), Национальным научным фондом (NSF), El Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia (CONACYT) и Кафедра канадских исследований передового опыта (CERC).