より正確な測定のための量子ステアリング

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アインシュタイン-ポドルスキ-ローゼン相関は、正確な測定に使用できます。（画像：Jurik Peter、Shutterstock）

要約：
複数の粒子で構成される量子システムを使用して、磁場または電場をより正確に測定できます。バーゼル大学の若い物理学者は、量子粒子間の特定の種類の相関関係を使用する、そのような測定のための新しいスキームを提案しました。

より正確な測定のための量子ステアリング

バーゼル、スイス| 23年2021月XNUMX日に投稿

量子情報では、架空のエージェントであるアリスとボブが複雑なコミュニケーションタスクを説明するためによく使用されます。そのようなプロセスのXNUMXつで、アリスは光子などの絡み合った量子粒子を使用して、量子状態をボブに送信または「テレポート」することができます。これは、従来の通信では実現できません。

しかし、チームのアリスとボブがコミュニケーション以外の目的で同様の量子状態を使用できるかどうかは不明でした。バーゼル大学の若い物理学者は、特定の種類の量子状態を使用して、量子物理学が通常許可するよりも高い精度で測定を実行する方法を示しました。結果は科学雑誌NatureCommunicationsに掲載されました。

離れた場所での量子ステアリング

バーゼル大学の物理学部で働くMatteoFadel博士は、英国とフランスの研究者と一緒に、いわゆる量子ステアリングの助けを借りて高精度の測定タスクに取り組む方法について考えました。

量子ステアリングは、XNUMXつの粒子で構成されるシステムの特定の量子状態において、最初の粒子での測定により、XNUMX番目の粒子での測定のみの場合よりもXNUMX番目の粒子での可能な測定結果についてより正確な予測を行うことができるという事実を説明します。粒子が作られていました。これは、最初の粒子の測定がXNUMX番目の粒子の状態を「操作」したかのようです。

この現象は、1935年に最初に説明したアルバートアインシュタイン、ボリスポドリスキー、ネイサンローゼンにちなんで名付けられたEPRパラドックスとしても知られています。注目すべきは、粒子が量子力学的に離れていても機能することです。絡み合った？距離を置いてお互いを感じることができます。これはまた、アリスが量子テレポーテーションでボブに量子状態を送信することを可能にするものです。

「量子ステアリングの場合、粒子は非常に特殊な方法で互いに絡み合う必要があります」とFadel氏は説明します。「これがより良い測定を行うために使用できるかどうかを理解することに興味がありました。」彼が提案する測定手順は、アリスが粒子の測定を実行し、その結果をボブに送信することで構成されています。

量子ステアリングのおかげで、ボブは自分の粒子の測定誤差がアリスの情報がない場合よりも小さくなるように測定装置を調整できます。このようにして、ボブは、たとえば、粒子に作用する磁場または電場を高精度で測定できます。

ステアリング強化測定の体系的研究

Fadelと彼の同僚の研究により、計測アプリケーションでの量子ステアリングの有用性を体系的に研究し、実証することが可能になりました。「このアイデアは、2018年にバーゼル大学のPhilippTreutlein教授の研究室ですでに行った実験から生まれました」とFadel氏は言います。

「その実験では、それぞれ数百の冷たい原子を含むXNUMXつの雲の間で初めて量子ステアリングを測定することができました。その後、それで何か役に立つことができるかどうか自問しました。」彼の仕事の中で、Fadelは、量子ステアリングをリソースとして使用する実際の測定アプリケーションを実現するための確かな数学的基礎を作成しました。

「いくつかの単純なケースでは、EPRパラドックスと精密測定の間に関連があることをすでに知っていました」とTreutlein氏は言います。「しかし今、私たちは一般的な理論的枠組みを持っており、それに基づいて量子計測の新しい戦略を開発することもできます。」研究者たちはすでにファデルのアイデアを実験的に実証することに取り組んでいます。将来的には、これにより新しい量子強化測定デバイスが生まれる可能性があります。

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