Kvantemåling er et grunnleggende konsept innen kvantemekanikk, og spiller en avgjørende rolle i å trekke ut informasjon fra kvantesystemer. Spørsmålet om kvantemåling bør gjøres på en måte som ikke forstyrrer det målte kvantesystemet er et sentralt tema i kvanteinformasjonsteorien. For å løse dette spørsmålet er det viktig å fordype seg i prinsippene for kvantemåling og dens implikasjoner for tilstanden til systemet som måles.
I kvantemekanikk er målehandlingen iboende forskjellig fra klassisk fysikk. I følge København-tolkningen får en måling bølgefunksjonen til et kvantesystem til å kollapse til en av de mulige egentilstandene til det observerbare som måles. Denne kollapsen fører til et bestemt utfall, som sannsynlig er bestemt av systemets tilstand før målingen.
Et av nøkkeltrekkene ved kvantemåling er konseptet superposisjon. Et kvantesystem kan eksistere i en superposisjon av flere tilstander samtidig, representert ved en lineær kombinasjon av basistilstander. Når en måling utføres på et system i superposisjon, tilsvarer måleresultatet en av de mulige tilstandene, og systemet kollapser til den tilstanden. Denne kollapsen endrer kvantetilstanden til systemet, og fører til en forstyrrelse i sin opprinnelige tilstand.
Spørsmålet om å forstyrre det målte kvantesystemet under måling er spesielt relevant i kvanteinformasjonsbehandlingsoppgaver som kvanteberegning og kvantekommunikasjon. I disse applikasjonene er det avgjørende å bevare koherensen og superposisjonen til kvantetilstander for å utføre kvantealgoritmer effektivt og nøyaktig.
Prinsippet om kvante-ikke-demolition (QND)-måling tilbyr en måte å trekke ut informasjon fra et kvantesystem uten å forstyrre tilstanden betydelig. I en QND-måling pendler det observerbare som blir målt med systemets Hamiltonian, og sikrer at måleprosessen ikke forårsaker kollaps av systemets tilstand. Denne egenskapen tillater gjentatte målinger på det samme kvantesystemet uten å endre kvantetilstanden vesentlig.
Å oppnå QND-målinger i praksis er imidlertid utfordrende på grunn av ulike faktorer som miljøstøy, dekoherens og begrensningene til gjeldende måleteknikker. Forskere utforsker aktivt nye tilnærminger for å forbedre presisjonen og ikke-invasiviteten til kvantemålinger for å minimere forstyrrelser i det målte systemet.
Spørsmålet om kvantemåling bør gjøres på en måte som ikke forstyrrer det målte kvantesystemet er en kompleks problemstilling med implikasjoner for kvanteinformasjonsbehandling og kvanteteknologi. Å balansere behovet for å trekke ut informasjon med kravet om å bevare systemets kvantekoherens utgjør en betydelig utfordring innen kvanteinformasjon.
Andre nyere spørsmål og svar vedr EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals:
- Hvordan fungerer quantum negation gate (quantum NOT eller Pauli-X gate)?
- Hvorfor er Hadamard-porten selvvendbar?
- Hvis du måler den 1. qubiten til Bell-tilstanden på en bestemt basis og deretter måler den andre qubiten i en basis rotert med en viss vinkel theta, er sannsynligheten for at du får projeksjon til den tilsvarende vektoren lik kvadratet av sinus til theta?
- Hvor mange biter av klassisk informasjon vil være nødvendig for å beskrive tilstanden til en vilkårlig qubit-superposisjon?
- Hvor mange dimensjoner har et rom på 3 qubits?
- Vil målingen av en qubit ødelegge dens kvantesuperposisjon?
- Kan kvanteporter ha flere innganger enn utganger på samme måte som klassiske porter?
- Inkluderer den universelle familien av kvanteporter CNOT-porten og Hadamard-porten?
- Hva er et dobbeltspalteeksperiment?
- Er rotasjon av et polarisasjonsfilter ekvivalent med å endre grunnlaget for fotonpolarisasjonsmåling?
Se flere spørsmål og svar i EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals