观察较少旅行的路径会增加量子增益

时间:2020-06-24 20:37 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

观察较少旅行的路径会增加量子增益

在探索量子力学的微妙影响时,需要对系统中的所有参数及其测量值进行微调,以观察您所希望的结果。那么,当你把所有的东西都准备好去检测你最不期望的东西时,会发生什么呢?麻省理工学院的研究人员,在美国普渡大学和IonQ仅仅用了这种方法,发现他们可以放大量子信号30倍,而有条件地改变光子的相对相位ππ/ 2 / 80。这一结果可能会弥补一些量子网络技术在实际应用中缺失的环节。

量子技术协议通常旨在最大限度地增强相互作用,但准备这些纠缠系统可能非常困难。“我们问了这样一个问题,我们能否以某种方式将弱相互作用转变为强相互作用?”麻省理工学院物理学教授Vladan Vuletic解释道。“你可以,但代价是,它们不经常发生。”

Vuletic和他的同事观察到的效应取决于注入量子实验“期望值”的因素。期望值描述了一个量子场景的平均结果,等于每个可能值及其概率的乘积。Vuletic和他的合作者们将他们的研究集中在由罕见事件主导的情况下,比如彩票,每个人平均都赢了很少的钱,尽管事实上,只有少数人赢了很多钱。在量子力学中,光有时也会走较少人走过的路,正如研究人员所显示的那样,这真的可以造成所有的不同。

研究人员一直在观察光子(一个信号光子和一个辅助光子)之间的相互作用,这些光子沿着不同的路径穿过空腔中的冷原子群。每个光子都可以与原子相互作用,这种相互作用带有另一个光子如何相互作用的特征,从而在两个光子之间产生间接的相互作用。相互作用会在光子中留下明显的信号,比如相移,当在共振处为零时,相移会从共振变为正或负,这取决于系统的参数调谐到共振的哪一边。

普渡大学的Mahdi Hosseini解释说,他们在研究相互作用的过程中注意到了平均相位的变化。“我记得有一天晚上,弗拉丹做了一些计算,发给我们,我们看了看,起初,我认为这行不通,”胡塞尼说。计算结果显示了一个令人惊讶的结果,在这种情况下,一个辅助的光子测量很有可能与信号光束中的低相移有关(就像共振附近的情况一样)。在极少的情况下,这不是辅助光子的测量记录,信号光束的相移必须很大,以使低概率的乘积仍然满足期望值。

更重要的是,通过这种现象,选择用来测量辅助光子的参数可能会极大地影响信号光子的相移结果,尽管两者之间存在微弱的相互作用,研究人员将其描述为“预示光子控制”。通过对系统参数的仔细操作来调整实验的状态,研究人员能够观察到理论所预测的效果。

Hosseini说:“我们感到兴奋而不是惊讶。”“天真地说,当你观察平均值时,你不会期望在共振时看到任何相移,甚至一个小的相移;你期望什么也看不到。但事实证明,通过改变测量过程,你可以把它变成高度互动的状态,这是令人惊讶的。”

研究人员指出,在其他系统中,通过“无噪声放大”和“弱测量”,已经证明了同样可以放大信号的协议。这些协议提供了2到5个因子之间的增强,概率非常小。Hosseini解释说:“如果保真度乘以概率远远小于50%,那么它在传感方面就不是很有用。”相比之下,Hosseini Vuletic及其合作者能够证明相移到π/ 2,平均相移是π/ 80和放大的光子数量约30倍。虽然这些事件仍然很少,但在实际应用中可能性更大。

“以前,人们认为这种无噪声放大和任何相位变化是完全不同的领域,”Vuletic补充说。“我们已经证明这是同样的事情,你可以有一个小的参数变化,从相移到增益。”

许多新兴的量子网络技术在缺乏放大信号的实用技术的情况下面临着障碍,比如长距离量子通信,或者连接多个量子计算机时,每个计算机都有可管理的量子位来增加处理能力。“损失和退相干总是一个问题,”Vuletic说。

虽然Vuletic现在正在研究可能增加光子耦合的“超原子”,但Hosseini的工作正在探索更复杂的固态世界,用稀土离子在晶体中复制这种现象。这些系统不那么干净,因为它不可能对离子周围的环境有完全均匀的原子集合那样精确的了解。但是,如果该原理可以在这些系统中演示,它可能会为应用程序提供更实用的基础,甚至可以通过多路复用效果来增加每个场景的概率。

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