Unormale svage værdier via en enkelt foton detektion

Inden for kvantemåling, svage værdier, introduceret i 1988 af Aharonov, Albert og Vaidman (AAV), repræsenterer et meget spændende og forvirrende paradigme, med mange egenskaber i skarp kontrast til traditionelle (projektive) kvantemålinger.

Ved at svække koblingen mellem målt partikel og måleapparat, og udnytte passende for- og eftervalg, AAV viste, at det var muligt at opnå en værdi på 100, mens man (svagt) målte spin af en ½-spin partikel.

Et sådant resultat blev opnået efter gennemsnittet af flere målinger på identisk præ- og eftervalgte partikler; derfor, en debat startede om den enkelte partikel/statistiske karakter af svage værdier såvel som om deres 'kvantelighed', inden for den mere generelle diskussion om svage værdier som et redskab til at forstå selve grundlaget for kvantemekanikken.

I et nyt blad udgivet i Lysvidenskab og anvendelse , et team af forskere ledet af Dr. Marco Genovese fra det italienske metrologiske institut INRIM (Torino, Italien), i samarbejde med folk fra det brasilianske metrologiske institut INMETRO (Rio de Janeiro, Brasilien), Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching, Tyskland), Bar-Ilan University (Ramat Gan, Israel), og Tel-Aviv University (Tel-Aviv, Israel), kaster nyt lys over denne årtier gamle debat, med et kvanteoptikeksperiment måling, for første gang, en unormal svag værdi med en enkelt detektionsbegivenhed, uden nogen statistik.

Dette blev opnået ved at realisere et nyt måleparadigme kaldet Robust Weak Measurement, implementeret som en iterativ protokol, hvor den målte partikel (en foton, i vores tilfælde) går gennem en sekvens af n blokke, hver implementerer forvalget, svage koblings- og eftervalgsmekanismer.

På denne måde den målte observerbare er "summen af ​​polarisationsvariabler for den samme foton på n forskellige tidspunkter, med den rumlige grad af frihed af denne enkelte foton, der spiller rollen som måleapparatet."

"Den eksperimentelle opsætning er sammensat af et sæt af n =7 blokke, hvor et dobbeltbrydende krystalpar realiserer den svage interaktion, forud for en halvbølge plade og efterfulgt af en polariserende plade. Mens polariseringspladen udfører eftervalget, halvbølgepladen roterer polarisationen af ​​fotonen, der udgår fra den foregående blok for at indstille forvalgstilstanden. EM-CCD'en placeret for enden af ​​n =7 blokkene detekterer ankomstpositionen af ​​fotonen."

"Vi målte en observerbar med egenværdier i området [-7, 7]. Den svage værdi af det observerbare af det præ- og eftervalgte system, hvorpå en enkelt-klik-måling blev udført, var 18,7, og vores enkelt klik gav 21,4 ± 4,5."

"Vores resultater understreger de ikke-statistiske, enkelt-partikel karakter af svage værdier, demonstrerer, hvordan en enkelt-klik-måling kan give et svagt værdiestimat selv for unormale svage værdier. Desuden, dette eksperiment foreslår en levedygtig mulighed for amplifikationsmetoder, der effektivt reducerer usikkerhedsbidraget forbundet med målingen af ​​pointeren. Dette baner vejen for fremtidige praktiske anvendelser af det robuste svage måleparadigme."