Tredobbelt informationsafvejning i kvantemåling er blevet bevist

Schrödingers kat er et tankeeksperiment designet til at forklare kvantesuperposition og kvantemåling, som er kvantefysikkens kerneegenskaber. I dette eksperiment kan katten inde i kassen være både levende og død på samme tid (kvantesuperposition), og dens tilstand (død eller levende) afgøres i det øjeblik kassen åbnes (måles). En sådan kvantesuperposition og -måling er ikke kun grundlaget for kvantefysikken, men garanterer også sikkerheden ved kvanteberegning og kryptografi.

Forskerholdet, bestående af Dr. Seongjin Hong, Hyang-Tag Lim og Seung-Woo Lee fra Center for Quantum Information ved Korea Institute of Science and Technology (KIST, præsident Seok Jin Yoon), udledte og verificerede informationsbevaringsrelationen for første gang i kvantemåling . Dette styrker sikkerheden for kvanteinformationsteknologier, selv i det svage kvantemålingsområde.

Åbning af kassen (kvantemåling) med plads til katten for at få information om, hvorvidt den er død eller levende, ændrer starttilstanden for, at katten både er død og levende på samme tid (kvantesuperposition) til blot at være enten død eller levende. Med andre ord er katten død fra det øjeblik, vi får informationen om, at den er "død", eller er i live i det øjeblik, vi får informationen om, at den er "levende". På grund af irreversibiliteten af ​​kvantemålinger kan kattens tilstand ikke vendes.

Men hvad ville der være sket, hvis målingen ikke var blevet udført fuldstændigt, altså hvis kassen var blevet åbnet en lille smule kun for at afsløre kattens hale? Denne hændelse kaldes svag måling i kvantemekanik. I dette tilfælde kan fuldstændige oplysninger om kattens tilstand ikke opnås, og kattens tilstand kan vendes tilbage til dens oprindelige tilstand ved hjælp af målingsvending. Derfor har det været en udfordring i kvantefysikken at etablere en relation mellem bevarelse af kvanteinformation ved at overveje mængden af ​​opnået, forstyrret og reversibel information og også en vigtig opgave at sikre kvanteteknologiens sikkerhed.

Forskerholdet udledte teoretisk en informationsbevaringsrelation under hensyntagen til den omvendte sandsynlighed sammen med de eksisterende relationer mellem informationsgevinst og tilstandsforstyrrelse. Denne informationsbevaringsrelation blev eksperimentelt verificeret ved hjælp af lineære optiske elementer såsom bølgeplader og polarisatorer til at implementere svage målinger og "vendende operationer" og ved at anvende dem på en tredimensionel kvantetilstand realiseret af en enkelt foton. Denne informationsbevaringsrelation afslører, at opnåelse af mere information om en kvantetilstand ved at øge intensiteten af ​​målingen forstyrrer kvantetilstanden mere. Samtidig er det også vist, at sandsynligheden for at vende den forstyrrede tilstand til dens udgangstilstand før svag måling bliver lavere. Bemærk, at hvis det var muligt at vende en forstyrret kvantetilstand til dens oprindelige tilstand, så er sikkerheden ved kvantekryptografi muligvis ikke garanteret.

Drs. Hong og Lim, der ledede eksperimentet med denne undersøgelse, og Dr. Lee, der ledede teorien, siger, at "dette er resultatet af perfekt at fastslå, at kvanteteknologi er sikker i princippet ved at bevise, at den samlede mængde information af et kvante tilstand kan ikke øges, selv gennem måling. Vi forventer, at dette vil blive anvendt som en optimeringsteknologi til kvanteberegning, kvantekryptografi og kvanteteleportation."

Forskningen blev offentliggjort i Physical Review Letters . + Udforsk yderligere

Undersøgelse omdefinerer, hvilken information der er vigtig i kvantemålinger