Feedbackkompensation testar om mätresultaten stämmer överens med deras fysiska verklighet. Bildtext:Det är svårt att veta om en kvantmätning är exakt eller inte. Återkopplingskompensation jämför direkt mätresultatet med ett "avtryck" av originalet som lämnats i en svag interaktion. Det är lite som att prova skor - du kan se om skon passar eller inte, och en bra passform bekräftar resultatet av din mätning. Inom kvantmekaniken, det går att få bra passform från helt andra mått. De nyligen rapporterade resultaten visar att verklighetens beroende av mätningen är ett experimentellt testbart faktum. Kredit:Holger Friedrich Hofmann, Hiroshima universitet
Skobutiker säljer en mängd olika skostorlekar för att passa en mängd olika fotstorlekar - men vad händer om både sko- och fotstorleken berodde på hur de mättes? Den senaste utvecklingen inom kvantteorin tyder på att de tillgängliga värdena för en fysisk kvantitet, som en fotstorlek, kan bero på vilken typ av mätning som används för att bestämma dem. Om fötterna styrdes av kvantmekanikens lagar, fotstorleken skulle bero på markeringarna på ett fotmått för att hitta den bästa passformen – vid tidpunkten för mätningen – och även om markeringarna ändrades, måttet kan fortfarande vara exakt.
Inom kvantmekaniken, "storleken" på en fysisk storhet är mer svårfångad än fotlängden eftersom oundvikliga osäkerheter i ett kvantsystems historia gör det svårt att bekräfta mätningen på grund av vad som kallas osäkerhetsprincipen. Väsentligen, det är omöjligt att veta de verkliga egenskaperna som ett kvantsystem hade före mätningen. Det finns inget sätt att prova skon efter mätningen – förrän nu. En forskare vid Hiroshima University kan ha hittat en lösning på problemet, med möjliga konsekvenser för framväxande kvantinformationsteknik, såsom kvantkommunikation och kvantberäkning.
Holger F. Hofmann, professor vid Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University, publicerade sitt tillvägagångssätt den 3 februari i Physical Review Research .
Enligt Hofmann, en qubit – den grundläggande enheten för kvantinformation – kan användas som en extern sond för att testa precisionen i en mätning av en fysisk egenskap i dess ursprungliga kvantsystem. Sonden samverkar svagt, skapa ett minne av den fysiska egenskapen som automatiskt krypteras av qubiten. Det kvantkrypterade minnet med en qubit kan användas för att utvärdera precisionen för en efterföljande mätning. En återkopplingsdesign tillåter det senare mätvärdet att radera kvantminnet som är kodat på sondens qubit. Om minnet är perfekt raderat utan några överblivna spår, Hofmann sa, mätresultaten måste ha varit exakta varje gång mätningen utfördes.
Denna experimentella procedur för att undersöka mängden osäkerhet i ett mätresultat gör det möjligt för forskare att visa att olika mätningar exakt kan bestämma samma fysiska egenskap hos ett kvantsystem innan mätningen skedde – även när värdena för den fysiska egenskapen ändras baserat på mätproceduren , enligt Hofmann.
"Kvantmekaniken beskriver fysiska system som mystiska "superpositioner" av möjligheter som till synes "kollapsar" till verkligheten först när en mätning särskiljer de olika möjligheterna, sa Hofmann, hänvisar till tanken att enbart observation i grunden förändrar ett system. "Det har gjorts många försök att ta reda på vad som finns där när ingen tittar, och mitt arbete bygger på dessa tidigare försök."
Hofmann noterade att dessa försök innebär omätbara, oobserverbara osäkerheter, gör det svårt att svara på frågor om verklighetens grundläggande natur.
"Det finns fortfarande mycket att göra, och jag hoppas att många medlemmar av kvantmätningsgemenskapen kommer att gå med för att utveckla den nödvändiga teoretiska ramen, " sa Hofmann. "Fysik bör grundas i observerbara fenomen, men, konstigt nog, begreppen som används inom kvantmekaniken är det inte."
