محققان موسسه علمی و فناوری کره(KIST) اخیرا سعی کرده‌اند تعامل میان انواع مختلف اطلاعات را که در هنگام جمع آوری اندازه‌گیری های کوانتومی مهم هستند، بدست آورند. طبق این مطالعه، افزایش اطلاعات، اختلال و برگشت پذیری سه عنصر کلیدی در هنگام اندازه‌گیری هستند. مقاله منتشر شده آن‌ها در Physical Review Letters ، برای نخستین بار، نشان دهنده این سه مقدار کلیدی مربوط به اندازه‌گیری کوانتومی در یک رابطه توازنی یا تعادلی واحد است. با دیپ لوک همراه باشید…
سونگ وو لی (Seung-Woo Lee) و هیانگ تگ لیم (Hyang-Tag Lim) در مرکز اطلاعات کوانتومی KIST می‌گویند:
مفهوم مصالحه یا توازن بین به دست آوردن اطلاعات و اختلال پیش از این شناخته شده بود. به عبارتی اگر بخواهیم اطلاعاتی در مورد یک حالت یا سیستم کوانتومی به دست آوریم، ناگزیر حالت یا سیستم را مختل و به حالت دیگری تبدیل می‌کنیم. مفهوم برگشت‌پذیری نیز پیش‌تر مورد بررسی قرار گرفته است، اما نه در ارتباط با افزایش اطلاعات و اختلال.
محققان برای دستیابی به این هدف، یک تداخل سنج ساخت. یک دستگاه نوری که دو یا چند منبع نور را با هم ادغام می‌کند تا یک الگوی تداخل ایجاد کند. درنهایت، تداخل توسط این دستگاه اندازه‌گیری و تجزیه و تحلیل می‌شود. تداخل سنج ساخته شده آن‌ها دارای سه مسیر نوری است و می تواند کیوتریت‌های (Qutrit) فوتونیکی، یعنی واحدهای اطلاعات کوانتومی، را با درجات آزادی مسیر پیوند دهد.
لیم توضیح می‌دهد:
در اپتیک کوانتومی، می‌توان با استفاده از درجات آزادی تک فوتون‌های مختلف مانند قطبش، محفظه زمانی، مسیر نوری، تکانه زاویه‌ای مداری و غیره، یک حالت کیودیت (qudit) فوتونیکی را تولید و دستکاری کرد. ما با استفاده از تداخل سنج خود، انواع مختلفی از اندازه‌گیری‌های کوانتومی را با تنظیم دامنه انتقال برای هر مسیر جمع‌آوری کردیم. دامنه انتقال برای هر مسیر با استفاده از دستگاه‌های نوری خطی، مانند صفحات موج و تقسیم‌کننده‌های پرتو قطبی کنترل می‌شد.
لیم و همکارانش بر اساس اندازه‌گیری‌هایی که جمع‌آوری کردند، توانستند سه نوع محتوای اطلاعاتی را تخمین بزنند. آن‌ها با دستکاری یک حالت کیوتریت فوتونیک و قدرت اندازه‌گیری کوانتومی، یک مبادله اطلاعات کامل را ثابت کردند. یافته‌های آن‌ها نشان می‌دهد که اندازه‌گیری های کوانتومی اطلاعات یک حالت کوانتومی را به سه بخش مختلف تقسیم می‌کند. این سه مقدار کلیدی افزایش اطلاعات، اختلال و برگشت‌پذیری هستند. لی می‌گوید:
نکته اصلی کار ما این است که این سه مفهوم را برای نخستین بار زیر یک سقف آورده‌ایم. ما یک رابطه توازنی واحد را نشان دادیم که شامل سه عنصر است. به عبارتی نشان دادیم که این سه کمیت به هم مرتبط و وابسته به یکدیگر هستند. مطالعه ما تعریف می‌کند که چه کمیتی برای اندازه‌گیری کوانتومی مهم است و چه مقدار باید باشد تا اندازه‌گیری در یک کار اطلاعات کوانتومی بهینه باشد.
یافته‌های جمع‌آوری‌شده توسط این تیم می‌تواند پیامدهای مهم متعددی داشته باشد، زیرا آن‌ها به وضوح مهم‌ترین کمیت‌ها را برای حفظ اطلاعات حین جمع‌آوری اندازه‌گیری‌های کوانتومی مشخص می‌کنند. این کار علاوه بر الهام بخشیدن به مطالعات جدید تحقیقاتی کوانتومی، می‌تواند راه را برای توسعه ابزارهای پردازش اطلاعات کوانتومی امن‌تر هموار کند. لی افزود:
ممکن است اکنون بسیاری از جهت‌های تحقیقاتی جدید وجود داشته باشد که می‌توانیم آن‌ها را دنبال کنیم. اولین مورد تجزیه و تحلیل روابط توازنی مشابه در سیستم های چند ذره ای در حضور یا عدم وجود درهم تنیدگی، نویز یا سایر اشکال همبستگی است. در نهایت، ما قصد داریم سعی کنیم این چارچوب را به مدل‌های ناهمدوس مرتبط کنیم. می‌خواهیم تجزیه و تحلیل کنیم که چگونه در چهارچوب این رابطه توازنی، از دست دادن اطلاعات با ناهمدوسی مقیاس می‌شود.
