Российские ученые совместно с коллегами из Сирии и Ирана разработали метод, позволяющий получать максимум информации из квантовых измерений и при этом значительно сокращать число повторных замеров. В рассмотренном примере количество необходимых измерений удалось уменьшить примерно в 40 тысяч раз без потери точности, сообщили ТАСС в пресс-службе Института автоматики и электрометрии СО РАН.
Квантовые измерения позволяют с высокой точностью определять физические параметры и фиксировать их минимальные изменения. Такие принципы применяются, например, в квантовых магнитометрах и навигационных приборах.
Однако квантовые частицы отличаются высокой чувствительностью. Каждое измерение разрушает их состояние, поэтому эксперименты приходится многократно повторять.
Для сокращения числа замеров ученые используют постселекцию, которую также называют квантовой компрессией. Но при таком подходе часть полезной информации теряется, что снижает точность измерений.
Старший научный сотрудник Института автоматики и электрометрии СО РАН Владимир Томилин пояснил, что новый метод помогает бороться с факторами, мешающими проведению замеров. Среди них — неидеальная подготовка квантовых состояний и аппаратные шумы.
По словам исследователя, чем больше измерений проводится, тем сильнее такие факторы могут влиять на итоговый результат. Новый подход позволяет резко уменьшить число замеров, а значит, снизить влияние мешающих обстоятельств и сэкономить время.
Ученые научились настраивать фильтр для отбора частиц таким образом, чтобы особый сдвиг фазы совпадал со сдвигом, который частица получает при взаимодействии с прибором. Благодаря этому полезная информация сохраняется, а число повторных измерений сокращается.
Расчеты также показали, что эффект можно усилить при использовании кудитов — многомерных квантовых систем, которые являются развитием привычных кубитов. Если кубит имеет два базовых состояния, то кудит способен задействовать большее число состояний.
Увеличение размерности такой системы позволяет получать больше информации за один успешный опыт.
В дальнейшем авторы работы планируют определить, для каких типов квантовых систем можно применять предложенный метод.
В исследовании участвовали специалисты Института автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирского государственного университета, Университета Латакии в Сирии и Института фундаментальных наук в Иране. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Research.