Квантовото измерване е фундаментална концепция в квантовата механика, играеща решаваща роля при извличането на информация от квантовите системи. Въпросът дали квантовото измерване трябва да се извършва по начин, който да не нарушава измерената квантова система, е централен въпрос в теорията на квантовата информация. За да се отговори на този въпрос, от съществено значение е да се задълбочим в принципите на квантовото измерване и неговите последици за състоянието на измерваната система.
В квантовата механика актът на измерване е присъщо различен от класическата физика. Според интерпретацията на Копенхаген измерването кара вълновата функция на квантовата система да се срине в едно от възможните собствени състояния на наблюдаваната величина, която се измерва. Този колапс води до определен резултат, който се определя вероятностно от състоянието на системата преди измерването.
Една от ключовите характеристики на квантовото измерване е концепцията за суперпозиция. Една квантова система може да съществува в суперпозиция на множество състояния едновременно, представени от линейна комбинация от базисни състояния. Когато се извършва измерване на система в суперпозиция, резултатът от измерването съответства на едно от възможните състояния и системата се срива в това състояние. Този колапс променя квантовото състояние на системата, което води до смущение в нейното първоначално състояние.
Въпросът за нарушаването на измерената квантова система по време на измерване е особено важен при задачи за обработка на квантова информация като квантово изчисление и квантова комуникация. В тези приложения запазването на кохерентността и суперпозицията на квантовите състояния е от решаващо значение за ефективното и точно изпълнение на квантовите алгоритми.
Принципът на измерване на квантово неразрушаване (QND) предлага начин за извличане на информация от квантова система, без да се нарушава значително нейното състояние. При QND измерване, наблюдаваната величина, която се измерва, комутира с хамилтониана на системата, като гарантира, че процесът на измерване не причинява колапс на състоянието на системата. Това свойство позволява многократни измервания на една и съща квантова система, без да се променя значително нейното квантово състояние.
Въпреки това, постигането на QND измервания на практика е предизвикателство поради различни фактори като шум от околната среда, декохерентност и ограниченията на настоящите техники за измерване. Изследователите активно изследват нови подходи за подобряване на прецизността и неинвазивността на квантовите измервания, за да минимизират смущенията в измерваната система.
Въпросът дали квантовото измерване трябва да се извършва по начин, който да не нарушава измерената квантова система, е сложен въпрос с последици за обработката на квантовата информация и квантовата технология. Балансирането на необходимостта от извличане на информация с изискването за запазване на квантовата кохерентност на системата представлява значително предизвикателство в областта на квантовата информация.
Други скорошни въпроси и отговори относно Основи на квантовата информация за EITC/QI/QIF:
- Как работи квантовата врата за отрицание (квантовата НЕ или вратата Pauli-X)?
- Защо вратата на Адамар е самообратима?
- Ако измерите 1-вия кубит на състоянието на Бел в определена база и след това измерите 2-рия кубит в база, завъртяна на определен ъгъл тита, вероятността да получите проекция към съответния вектор е равна на квадрат по синус от тита?
- Колко бита класическа информация ще са необходими, за да се опише състоянието на произволна суперпозиция на кубити?
- Колко измерения има пространство от 3 кубита?
- Измерването на кубит ще унищожи ли неговата квантова суперпозиция?
- Могат ли квантовите порти да имат повече входове, отколкото изходи, подобно на класическите порти?
- Универсалното семейство от квантови порти включва ли портата CNOT и вратата на Адамар?
- Какво е експеримент с двоен прорез?
- Завъртането на поляризационен филтър еквивалентно ли е на промяна на базата за измерване на поляризацията на фотоните?
Вижте още въпроси и отговори в EITC/QI/QIF Основи на квантовата информация