Исследователи из Корейского института науки и технологий (KIST) недавно попытались зафиксировать взаимодействие между различными типами информации, которые важны при сборе квантовых измерений, а именно усиление информации, возмущение и обратимость. Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters , впервые представляет эти три ключевые величины, связанные с квантовыми измерениями, в одном компромиссном соотношении.

«Концепция компромисса между получением информации и возмущением была известна раньше (т. е. если мы хотим получить некоторую информацию о квантовом состоянии или системе, мы неизбежно нарушаем состояние или систему, и она переходит в какое-то другое состояние в процесс)», — рассказали Phys.org Ли Сын-Ву и Хьянг-Таг Лим из Центра квантовой информации KIST. «Концепция обратимости также исследовалась ранее, однако не в связи с получением информации и возмущением».

Прирост информации, возмущение и обратимость — три решающие величины, влияющие на процедуры квантовых измерений. Основная цель недавней работы Ли, Лима и их коллег состояла в том, чтобы показать, что между всеми этими тремя величинами существует компромиссное соотношение.

Для этого команда построила интерферометр, оптическое устройство , которое объединяет два или более источников света вместе для создания интерференционной картины, которую затем можно измерить и проанализировать. Созданный ими интерферометр имеет три оптических пути и может связывать фотонные кутриты (то есть единицы квантовой информации) со степенями свободы пути.

«В квантовой оптике можно генерировать состояние фотонного кудита и манипулировать им, используя различные степени свободы отдельных фотонов, такие как поляризация, интервал времени, оптический путь, орбитальный угловой момент и так далее», — объяснил Лим. «С помощью нашего интерферометра мы собрали различные типы квантовых измерений, регулируя амплитуду передачи для каждого пути. Амплитуда передачи для каждого пути контролировалась с помощью линейных оптических устройств, таких как полуволновые пластины и поляризационные светоделители».

Основываясь на собранных ими измерениях, Лим и его коллеги затем смогли оценить три типа информационного содержания и продемонстрировать полный обмен информацией, манипулируя состоянием фотонного кутрита и сильными сторонами квантовых измерений. Их результаты показывают, что квантовые измерения разделяют информацию о квантовом состоянии на три разные части, а именно: прирост информации, возмущение и обратимость.

«Основной вклад нашей работы заключается в том, что мы впервые собрали эти три концепции под одной крышей, показав единое компромиссное отношение, содержащее все три элемента», — сказал Ли. «Мы показали, что эти три величины взаимосвязаны и зависят друг от друга. Наше исследование переопределяет, какие величины важны для квантового измерения и какими должны быть их значения, чтобы измерение в задаче квантовой информации было оптимальным».

Выводы, полученные этой группой исследователей, могут иметь множество важных последствий, поскольку они четко определяют наиболее важные величины для сохранения информации при сборе квантовых измерений. Помимо вдохновения на новые квантовые исследования, эта работа также может проложить путь к разработке более безопасных инструментов обработки квантовой информации.

«Теперь может быть много новых направлений исследований, которыми мы могли бы заниматься», — добавил Ли. «Первый — проанализировать аналогичные компромиссные отношения в многочастичных системах при наличии или отсутствии запутанности и других форм корреляции. Другой — зафиксировать концепцию потери информации в рамках компромиссного отношения, включающего три величины: в присутствии и отсутствии шума. Наконец, мы планируем попытаться связать эту структуру с моделями декогеренции и проанализировать, как потеря информации масштабируется с декогерентностью при изучении в контексте этого компромиссного отношения».