Метод повышения эффективности квантовых измерений

Российские исследователи в сотрудничестве с учеными из Сирии и Ирана разработали новый метод, позволяющий извлекать максимальную информацию из квантовых измерений, сокращая количество повторных измерений в десятки тысяч раз без потери точности.

Квантовые измерения обеспечивают высокую точность в определении физических параметров и выявлении их минимальных изменений, что особенно актуально для квантовых магнитометров и навигационных устройств. Однако "хрупкость" квантовых частиц приводит к разрушению их состояния при каждом измерении, что требует многократных повторений экспериментов. Для уменьшения числа замеров ученые применяют постселекцию, известную как "квантовая компрессия", но это может привести к потере части полезной информации и снижению точности.

"Основная ценность нашего метода заключается в преодолении факторов, мешающих проведению замеров, таких как неидеальности приготовления квантовых состояний и аппаратные шумы. Чем больше измерений выполняется, тем сильнее эти факторы влияют на результат. С новым методом количество измерений уменьшается в десятки тысяч раз, что снижает влияние мешающих факторов. В нашем примере число необходимых измерений удалось сократить примерно в сорок тысяч раз. Также, сокращая количество замеров, мы экономим значительное время", - отметил соавтор исследования, старший научный сотрудник ИАиЭ СО РАН Владимир Томилин.

Ученые разработали способ настройки фильтра для отбора частиц, при котором особый сдвиг фазы идеально совпадает с тем, который частица получает при работе с прибором. Это позволяет сохранить необходимую информацию и значительно уменьшить количество замеров. Расчеты также показали, что эффект можно усилить, используя кудиты - многомерные квантовые системы, которые являются обобщением кубитов. Если кубит может находиться в двух базовых состояниях, то кудит способен использовать большее количество состояний, что предоставляет дополнительный выигрыш в объеме информации, получаемой за один удачный опыт.

В будущем авторы планируют выяснить, для каких типов квантовых систем можно применить предложенный метод. В исследовании участвовали ученые из ИАиЭ СО РАН, НГУ, Университета Латакии в Сирии и IPM (Иран). Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Research (Q1).

Больше новостей и эксклюзивных видео смотрите в канале Самара Онлайн 24 в MAX