В статье, опубликованной в Physical Review Letters на этой неделе и отмеченной как предложение редакции, команда из Рочестера объясняет, что при измерении квантовых систем каждое событие обнаружения дает небольшую информацию об импульсе и немного о положении, так что информация обо всей системе может быть быть полученным. Аспирант и ведущий автор Грегори Хауленд, который проводил эксперимент со своими коллегами Джеймсом Шнелохом, Дэниелом Ламом и его научным руководителем профессором Джоном Хауэллом, объясняет, что метод компрессионного зондирования «экономит использование этой информации».

Компрессионное зондирование использует возможность сжатия сигнала, чтобы иметь возможность восстановить больше информации из относительно небольшого количества измерений и, следовательно, получить понимание системы.«Мы используем случайные схемы включения-выключения для получения небольшого количества информации о местоположении, при этом лишь минимально влияя на импульс фотонов», — объясняет Хауэлл, профессор физики в Университете Рочестера. «Во многом так же, как и при слабых измерениях, случайные паттерны включения-выключения получают очень мало информации о положении фотонов, но, собрав все паттерны вместе, мы можем узнать об изображениях, переносимых светом».Компрессионное зондирование широко использовалось в последнее десятилетие в приложениях обработки сигналов, таких как магнитно-резонансная томография и радиоастрономия.

Хауленд объяснил, что недавно он даже использовался в приложениях для обработки изображений, например, когда Хауленд и его коллеги использовали эту технику, чтобы позволить однопиксельной камере фиксировать трехмерное движение теннисного мяча, качающегося на веревке.Хотя в этом случае команда применила сжатие для получения информации об импульсе и положении, они также могли применить его и к другим сопряженным переменным, таким как, например, время и энергия. Для начала они осветили объект лазерным лучом.

Затем они использовали простую стандартную настройку изображения, чтобы получить изображение объекта, которое дает информацию о местоположении, а также изображение преобразования Фурье объекта, которое дает информацию об импульсе. Однако вместо того, чтобы выполнять полное или «проективное» измерение, они использовали измерение сжатия, чтобы выполнить эквивалент «слабого измерения» для получения информации о местоположении.

Для этого требуется применить к системе серию случайных фильтров (случайных шаблонов включения-выключения), которые блокируют часть сигнала, но позволяют пропускать его достаточную часть, чтобы иметь возможность отображать преобразование Фурье объекта, которое фактически является измерение «сильного» импульса.«Может показаться нелогичным осознавать, что случайные измерения могут давать те же результаты, что и точные проективные измерения, и делают это более эффективно», — говорит Хоуленд. «Не только это, но и в квантовой области мы можем сделать это, а также измерить сопряженную переменную в том же эксперименте».