Революционный метод проверки квантовых состояний: меньше измерений, больше точности
Исследователи из Калифорнийского технологического института представили новый протокол для эффективного подтверждения квантовых состояний с минимальным числом одно-кубитных измерений. Эта инновационная работа была опубликована в научном журнале Nature Physics и представляет собой значительный прогресс в области квантовой физики.
Традиционные подходы к проверке квантовых состояний обычно требуют сложных квантовых схем или большого количества измерений отдельных кубитов, что существенно усложняет их использование в реальных приложениях, особенно для сильно запутанных состояний в крупных квантовых системах.
Новый протокол, разработанный исследователями, значительно упрощает этот процесс. Его суть заключается в случайном выборе одного кубита из изучаемой квантовой системы и проведении измерения случайного Паули-оператора на этом кубите, тогда как остальные кубиты измеряются на стандартной основе. Повторяя эту процедуру определенное количество раз, ученые смогли доказать, что собранные таким образом данные позволяют точно подтвердить совпадение целевого состояния с лабораторным состоянием.
Особенностью является его доступность и универсальность. Для его реализации требуются только одно-кубитные измерения, исключающие необходимость в сложных квантовых компьютерах или операциями запутывания. Это делает протокол пригодным для большинства целевых состояний, включая те, которые характеризуются высокой степенью запутанности и сложной структурой.
Ранее бытовало мнение, что локальные одно-кубитные измерения способны выявлять лишь локальные корреляции, игнорируя глобальные квантовые характеристики, такие как сильная нелокальная запутанность всей многочастичной системы. Новое исследование опровергло это предположение, продемонстрировав, что простые локальные измерения несут в себе значительно больше информации о глобальной квантовой структуре, чем считалось ранее.
Хсин-Юань Хуан, ведущий исследователь проекта, подчеркнул важность открытия: "Мы выяснили, что индивидуальные измерения кубитов позволяют определить степень близости много-кубитовой системы к заданному квантовому состоянию".
Дальнейшие планы команды включают расширение сферы применения протокола для калибровки квантовых устройств, верификации моделей нейронных сетей квантовых состояний и сертификации других квантовых объектов, таких как квантовая динамика и квантовые каналы. Ученые также намерены исследовать фундаментальные ограничения того, какую информацию можно извлечь из локальных измерений, и разработать эффективные алгоритмы квантового обучения, основываясь на полученных знаниях.
Таким образом, этот революционный подход открывает новые перспективы в квантовой физике, делая проверку квантовых состояний более простой и надежной для научных исследований и разработки технологий будущего.