En protokol til at undersøge sammenfiltringsdynamik via dobbelttid i rumtiden

I de seneste år, der er sket betydelige fremskridt i udviklingen af ​​digitale kvantecomputere og simulatorer. Disse nye fysiske systemer åbner op for hidtil usete muligheder for at kontrollere og måle en række kvantedynamikker. Som resultat, nogle grundlæggende spørgsmål i mangekroppens fysik, der tidligere ville have været betragtet som spekulative og uden for eksperimentelle udforskningsområder, kan nu undersøges i laboratorieindstillinger.

Forskere ved Stanford University har for nylig gennemført en undersøgelse, der undersøgte kvantemålingers rolle i mange kropsdynamikker. I deres papir, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , de præsenterede specifikt en protokol, der kan bruges til at realisere dynamik, der omfatter kvantemålinger i kvantecomputere og kvantesimulatorer, samtidig undgås et proceduremæssigt trin, der kaldes eftervalg.

"Målinger har en særlig plads i kvantefysikken:De får systemet til pludselig at" kollapse "på et af flere mulige måleresultater, valgt tilfældigt, "Matteo Ippoliti og Vedika Khemani, de to forskere, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "For eksempel, tænk på Schrodingers kat i en 'superposition' af levende og døde i en kasse - så snart kassen åbnes, kattens tilstand kollapser til enten levende eller død. I modsætning, kvantesystemer, der er 'efterladt alene' udvikler sig på en deterministisk måde, også kendt som 'unitær' dynamik. "

I løbet af de sidste par år har delvis motiveret af de seneste fremskridt i udviklingen af ​​kvanteberegningsudstyr, mange forskere er begyndt at studere samspillet mellem kvantemålinger og multi-body enhedsdynamik. Interessant nok, de forudsagde, at tilstande produceret af disse enheder ville udvise et varieret sæt nye fænomener. Efterfølgende, disse observationer blev omdrejningspunktet for talrige teoretiske undersøgelser.

"Fra et eksperimentelt synspunkt, tilfældigheden af ​​kvantemålinger udgør et stort problem:For pålideligt at lave den samme tilstand (nødvendig for at måle dens egenskaber, eller for at bruge det i applikationer), man skal gentage den samme tilfældige sekvens af måleresultater igen og igen, "Ippoliti og Khemani forklarede." Dette er en eksponentielt sjælden forekomst, kan lide at kaste en mønt mange gange og få en lige række af hoveder, og det er ikke en teknisk begrænsning, men snarere en konsekvens af kvantemekanikkens grundlæggende regler. Dette er problemet med 'eftervalg'. "

For at måle sammenfiltring i ikke-unitær dynamik, forskere skulle gentage et eksperiment mange gange for at opfylde dette krav om eftervalg, hvilket ville være uoverkommeligt hårdt. Det primære formål med undersøgelsen udført af Ippoliti og Khemani var at udarbejde en strategi, der muliggjorde eksperimentel realisering af disse dynamikker uden behov for eftervalg. De foreslog, at dette kunne opnås ved at udveksle rum og tids roller, udnytte en idé kendt som rumtiden dualitet.

"Enkelt sagt, forestil dig at have et sæt kvantebits (qubits) i dit laboratorium, arrangeret på en linje, på position et, to, etc., "Ippoliti og Khemani sagde." Disse kan fås til at interagere med deres naboer og dermed udvikle sig med tiden, beskriver en kvanteberegning. Forestil dig nu et 'virtuelt' system, der eksisterer i laboratoriets tidsretning og udvikler sig i rumretningen - bevæger sig fra qubit en til to i laboratoriet betyder, at dette virtuelle system udvikles i en tidsenhed, etc."

Den 'virtuelle udvikling' af systemet undersøgt af forskerne viste sig at være ikke-enhed, hvilket i det væsentlige betyder, at den indeholder nogle måleelementer. Disse elementer, imidlertid, er fuldt deterministiske og kan gengives pålideligt og gentagne gange. Denne afgørende egenskab tillod dem at oversætte deres idé til en protokol for at realisere og studere sammenfiltringsdynamik i kvantesimulatorer.

"Ideerne bag vores undersøgelse kan virke temmelig abstrakte, men vi oversætter dem til en specifik protokol, der kan udføres på nutidens digitale kvantesimulatorer, "Ippoliti og Khemani sagde." Dette skaber en direkte rute til eksperimentelt at studere disse nye typer kvantedynamik, der involverer målinger, samtidig med at det bringer nogle spændende teoretiske ideer tættere på. "

I fremtiden, protokollen udformet af Ippoliti og Khemani kunne åbne op for nye muligheder for at studere sammenfiltringsdynamik i kvantesystemer. Ud over, deres arbejde kunne informere om udviklingen af ​​nye strategier til beskyttelse af oplysninger, der er gemt i eksisterende og nyudviklede kvanteenheder. Ideen om 'rumtidsdualitet', der blev introduceret af disse forskere, kunne også bruges til at studere talrige fysiske fænomener og dynamik forbundet med kvantesystemer.

"Vi undersøger i øjeblikket de slags interessante stater, der kan forberedes på denne måde, og hvordan de kan forbinde til de faser af kvantemateriale, vi kender, "Ippoliti og Khemani tilføjet." På en mere generel note, vores forskning vil blive informeret af denne nye æra med kvanteberegning og simulering, med dobbelte mål:på den ene side opdage nye fundamentale fænomener muliggjort af denne teknologiske udvikling; på den anden, forfølge nye grundlæggende ideer, der kan have betydning for selve teknologierne, især nye måder at lagre og manipulere kvanteinformation informeret af dynamik. "

© 2021 Science X Network