Schrödingers katt är ett tankeexperiment utformat för att förklara kvantsuperposition och kvantmätning, som är kvantfysikens kärnegenskaper. I detta experiment kan katten inuti boxen vara både levande och död samtidigt (kvantöverlagring), och dess tillstånd (död eller levande) avgörs i samma ögonblick som boxen öppnas (mäts). Sådan kvantöverlagring och mätning är inte bara grunden för kvantfysiken, utan garanterar också säkerheten för kvantberäkning och kryptografi.

Forskargruppen, bestående av Drs. Seongjin Hong, Hyang-Tag Lim och Seung-Woo Lee från Center for Quantum Information vid Korea Institute of Science and Technology (KIST, president Seok Jin Yoon), härledde och verifierade informationsbevaranderelationen för första gången i kvantmätning . Detta stärker säkerheten för kvantinformationsteknik även i den svaga kvantmätningen.

Att öppna lådan (kvantmätning) som rymmer katten för att få information om huruvida den är död eller levande ändrar initialtillståndet för att katten är både död och levande samtidigt (kvantöverlagring) till att bara vara antingen död eller levande. Med andra ord, katten är död från det ögonblick vi får informationen om att den "är död", eller är vid liv i det ögonblick vi får informationen om att den "är vid liv". På grund av kvantmätningarnas irreversibilitet kan kattens tillstånd inte vändas.

Men vad hade hänt om mätningen inte hade gjorts helt, d.v.s. om lådan hade öppnats lite bara för att avslöja kattens svans? Denna händelse kallas svag mätning inom kvantmekaniken. I det här fallet kan fullständig information om kattens tillstånd inte erhållas, och kattens tillstånd kan återställas till sitt ursprungliga tillstånd med hjälp av mätomkastning. Att upprätta en relation mellan bevarande av kvantinformation genom att ta hänsyn till mängden erhållen, störd och reversibel information har därför varit en utmaning inom kvantfysiken och också en viktig uppgift för att säkerställa kvantteknologins säkerhet.

Forskargruppen härledde teoretiskt en informationsbevarande relation med hänsyn till den omvända sannolikheten tillsammans med de befintliga relationerna mellan informationsvinst och tillståndsstörning. Denna informationsbevarande relation verifierades experimentellt med hjälp av linjära optiska element såsom vågplattor och polarisatorer för att implementera svaga mätningar och "omvändningsoperationer" och genom att applicera dem på ett tredimensionellt kvanttillstånd realiserat av en enda foton. Denna informationsbevarande relation avslöjar att att få mer information om ett kvanttillstånd genom att öka mätningsintensiteten stör kvanttillståndet mer. Samtidigt visas också att sannolikheten för att vända det störda tillståndet till dess initiala tillstånd innan svag mätning blir lägre. Observera att om det var möjligt att vända ett stört kvanttillstånd till dess initiala tillstånd, kan säkerheten för kvantkryptografi kanske inte garanteras.

Drs. Hong och Lim, som ledde experimentet med denna studie, och Dr. Lee, som ledde teorin, säger att "detta är resultatet av att perfekt fastställa att kvantteknologi är säker i princip genom att bevisa att den totala mängden information i ett kvantum tillstånd kan inte ökas ens genom mätning. Vi förväntar oss att detta kommer att användas som en optimeringsteknik för kvantberäkning, kvantkryptografi och kvantteleportation."

Forskningen publicerades i Physical Review Letters . + Utforska vidare

Studien omdefinierar vilken information som är viktig i kvantmätningar