Η κβαντική μέτρηση είναι μια θεμελιώδης έννοια της κβαντικής μηχανικής, διαδραματίζοντας κρίσιμο ρόλο στην εξαγωγή πληροφοριών από κβαντικά συστήματα. Το ερώτημα εάν η κβαντική μέτρηση πρέπει να γίνει με τρόπο που να μην διαταράσσει το μετρούμενο κβαντικό σύστημα είναι ένα κεντρικό ζήτημα στη θεωρία της κβαντικής πληροφορίας. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το ερώτημα, είναι απαραίτητο να εμβαθύνουμε στις αρχές της κβαντικής μέτρησης και τις επιπτώσεις της για την κατάσταση του συστήματος που μετράται.
Στην κβαντομηχανική, η πράξη της μέτρησης είναι εγγενώς διαφορετική από την κλασική φυσική. Σύμφωνα με την ερμηνεία της Κοπεγχάγης, μια μέτρηση προκαλεί την κατάρρευση της κυματικής συνάρτησης ενός κβαντικού συστήματος σε μία από τις πιθανές ιδιοκαταστάσεις του παρατηρήσιμου που μετράται. Αυτή η κατάρρευση οδηγεί σε ένα σαφές αποτέλεσμα, το οποίο πιθανολογικά καθορίζεται από την κατάσταση του συστήματος πριν από τη μέτρηση.
Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά της κβαντικής μέτρησης είναι η έννοια της υπέρθεσης. Ένα κβαντικό σύστημα μπορεί να υπάρχει σε μια υπέρθεση πολλαπλών καταστάσεων ταυτόχρονα, που αντιπροσωπεύονται από έναν γραμμικό συνδυασμό βασικών καταστάσεων. Όταν μια μέτρηση εκτελείται σε ένα σύστημα σε υπέρθεση, το αποτέλεσμα της μέτρησης αντιστοιχεί σε μία από τις πιθανές καταστάσεις και το σύστημα καταρρέει σε αυτήν την κατάσταση. Αυτή η κατάρρευση μεταβάλλει την κβαντική κατάσταση του συστήματος, οδηγώντας σε διαταραχή στην αρχική του κατάσταση.
Το ζήτημα της διαταραχής του μετρούμενου κβαντικού συστήματος κατά τη διάρκεια της μέτρησης είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε εργασίες επεξεργασίας κβαντικών πληροφοριών όπως ο κβαντικός υπολογισμός και η κβαντική επικοινωνία. Σε αυτές τις εφαρμογές, η διατήρηση της συνοχής και της υπέρθεσης των κβαντικών καταστάσεων είναι ζωτικής σημασίας για την αποτελεσματική και ακριβή εκτέλεση κβαντικών αλγορίθμων.
Η αρχή της μέτρησης της κβαντικής μη κατεδάφισης (QND) προσφέρει έναν τρόπο εξαγωγής πληροφοριών από ένα κβαντικό σύστημα χωρίς να διαταραχθεί σημαντικά η κατάστασή του. Σε μια μέτρηση QND, το παρατηρήσιμο που μετράται μετακινείται με το Hamiltonian του συστήματος, διασφαλίζοντας ότι η διαδικασία μέτρησης δεν προκαλεί κατάρρευση της κατάστασης του συστήματος. Αυτή η ιδιότητα επιτρέπει επαναλαμβανόμενες μετρήσεις στο ίδιο κβαντικό σύστημα χωρίς να αλλάζει σημαντικά την κβαντική του κατάσταση.
Ωστόσο, η επίτευξη μετρήσεων QND στην πράξη είναι δύσκολη λόγω διαφόρων παραγόντων όπως ο περιβαλλοντικός θόρυβος, η αποσυνοχή και οι περιορισμοί των σημερινών τεχνικών μέτρησης. Οι ερευνητές διερευνούν ενεργά νέες προσεγγίσεις για να βελτιώσουν την ακρίβεια και τη μη επεμβατικότητα των κβαντικών μετρήσεων για την ελαχιστοποίηση της διαταραχής στο μετρούμενο σύστημα.
Το ερώτημα εάν η κβαντική μέτρηση πρέπει να γίνει με τρόπο που να μην διαταράσσει το μετρούμενο κβαντικό σύστημα είναι ένα σύνθετο ζήτημα με επιπτώσεις στην κβαντική επεξεργασία πληροφοριών και την κβαντική τεχνολογία. Η εξισορρόπηση της ανάγκης εξαγωγής πληροφοριών με την απαίτηση διατήρησης της κβαντικής συνοχής του συστήματος αποτελεί σημαντική πρόκληση στον τομέα των κβαντικών πληροφοριών.
Άλλες πρόσφατες ερωτήσεις και απαντήσεις σχετικά με Κβαντικές βασικές αρχές πληροφοριών EITC/QI/QIF:
- Πώς λειτουργεί η πύλη κβαντικής άρνησης (quantum NOT ή Pauli-X gate);
- Γιατί η πύλη Hadamard είναι αυτοαναστρέψιμη;
- Εάν μετρήσετε το 1ο qubit της κατάστασης Bell σε μια ορισμένη βάση και στη συνέχεια μετρήσετε το 2ο qubit σε μια βάση περιστρεφόμενη κατά μια ορισμένη γωνία θήτα, η πιθανότητα να λάβετε προβολή στο αντίστοιχο διάνυσμα είναι ίση με το τετράγωνο του ημιτόνου του θήτα;
- Πόσα bit κλασικής πληροφορίας θα απαιτούνταν για να περιγραφεί η κατάσταση μιας αυθαίρετης υπέρθεσης qubit;
- Πόσες διαστάσεις έχει ένας χώρος 3 qubits;
- Θα καταστρέψει η μέτρηση ενός qubit την κβαντική υπέρθεση του;
- Μπορούν οι κβαντικές πύλες να έχουν περισσότερες εισόδους από εξόδους όπως οι κλασσικές πύλες;
- Η παγκόσμια οικογένεια κβαντικών πυλών περιλαμβάνει την πύλη CNOT και την πύλη Hadamard;
- Τι είναι ένα πείραμα διπλής σχισμής;
- Είναι η περιστροφή ενός φίλτρου πόλωσης ισοδύναμη με την αλλαγή της βάσης μέτρησης της πόλωσης φωτονίων;
Δείτε περισσότερες ερωτήσεις και απαντήσεις στο EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals