Удалось узнать, жив ли кот Шрёдингера
Исследование квантовых состояний с 27 измерениями всегда представляет собой долгий многоступенчатый процесс с использованием технологии квантовой томографии, которая очень схожа с процессом создания трехмерного образа из двухмерных изображений. Вместо этого ученым удалось провести исследование напрямую, в рамкаходного-единственного эксперимента, не требующего последующей обработки данных. В новой работе они продемонстрировали непосредственный способ исследования квантового состояния, который связан с орбитальным угловым моментом.
Технология непосредственного исследования позволяет напрямую определить состояние квантовой системы. Впервые она была разработана в 2011 году учеными из Национального исследовательского совета Канады, которые использовали технологию для определения положения и момента протонов. В прошлом году исследовательская группа из Рочестера и Оттавы под руководством Роберта Бойда (Robert Boyd) доказала, что метод непосредственного исследования может применяться для измерения поляризации света. Эта новая научная работ впервые описывает применение этого метода к исследованию дискретной системы с большим количеством измерений.
Кажется, что непосредственное исследование волновой функции исключено на основе принципа неопределенности, идея которого в том, что некоторые свойства квантовой системы можно точно установить только в том случае, если другие свойства остаются неизвестными. Однако метод непосредственного измерения включает в себя «уловку», которая делает его применение возможным. Это важно, поскольку в том случае, если мы хотим создать безопасные квантовые системы связи, нам необходимы точные и эффективные методы оценки состояний с большим количеством измерений.
Метод непосредственного исследования состоит из двух типов исследований: «осторожное» исследование, за которым следует «интенсивное» исследование. В квантовой механике измерение квантового состояния необратимо искажает его. Данный феномен известен как коллапс волновой функции. «Уловка» заключается в том, что первое исследование является таким осторожным, что не искажает систему и не приводит к коллапсу волновой функции.
«Можно сравнить такое исследование с беглым взглядом в ящик Шредингера для того, чтобы узнать, жив ли кот внутри, не открывая при этом коробку, - говорит ведущий исследователь Мехул Малик (Mehul Malik), который на данный момент проводит исследование после защиты докторской степени в Венском университете. «Осторожное исследование по существу является неточным исследованием, которое, по большому счету, не проясняет, жив кот или мертв. Вместе с тем, оно позволяет получить часть информации о здоровье кота и при многократном повторении может почти точно ответить на вопрос о его состоянии».
«Наша работа доказывает, что непосредственное исследование является потрясающей альтернативой квантовой томографии, - говорит Роберт Бойд профессор оптики и физики из Университета Рочестера (Великобритания). – С расширением области применения квантовой информации можно ожидать, что метод непосредственного исследования будет играть все более важную роль в ее получении».
Бойд добавил, что, несмотря на неопределенность относительно того, насколько эффективен метод непосредственного измерения по сравнению с квантовой томографией, отсутствие последующей обработки данных является важнейшим фактором в контексте ускорения процедуры непосредственного измерения.
Малик добавляет, что значимость «осторожного» исследования в том, что оно не разрушает систему в отличие от других распространенных методов исследования квантового состояния, позволяя проводить последующий анализ – «интенсивные» исследования других переменных величин.
Последовательность осторожных и интенсивных исследований затем повторяется для множества идентичных квантовых систем до тех пор, пока волновая функция не будет измерена с достаточной точностью.
По материалам пресс-релиза Университета Рочестера.
Иван Штепа nauka21vek.ru