Οι μετρήσεις αποτελούν θεμελιώδες στοιχείο όλων των κβαντικών τεχνολογιών, καθώς μετατρέπουν την κβαντική πληροφορία σε κλασικά δεδομένα. Ωστόσο, ορισμένες προηγμένες κβαντικές μετρήσεις είναι πολύ πιο ισχυρές από τις συμβατικές, αν και μέχρι σήμερα ήταν εξαιρετικά δύσκολο να αποδειχθεί πειραματικά αυτό το πλεονέκτημα.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Heinrich Heine του Ντίσελντορφ, το Πανεπιστήμιο του Λουντ και το Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ ανέπτυξαν μια νέα, απλή μέθοδο πιστοποίησης, η οποία μπορεί να αποδείξει ότι μια κατηγορία κβαντικών μετρήσεων διαθέτει ιδιότητες που δεν μπορούν να αναπαραχθούν με απλούστερες τεχνικές. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό PRX Quantum.
Τι είναι οι γενικευμένες κβαντικές μετρήσεις
Η κβαντική μηχανική επιτρέπει τη χρήση γενικευμένων μετρήσεων, γνωστών ως POVMs (Positive Operator Valued Measures). Σε αντίθεση με τις κλασικές προβολικές μετρήσεις, οι POVMs μπορούν να διακρίνουν καλύτερα διαφορετικές κβαντικές καταστάσεις, να αυξήσουν την ευαισθησία κβαντικών αισθητήρων και να ενισχύσουν την ασφάλεια των κβαντικών επικοινωνιών.
Παρά τα πλεονεκτήματά τους, η υλοποίησή τους σε πραγματικές κβαντικές συσκευές είναι ιδιαίτερα απαιτητική. Επιπλέον, πολλές φορές είναι δύσκολο να αποδειχθεί ότι οι δυνατότητές τους δεν μπορούν να επιτευχθούν μέσω συνδυασμού απλούστερων μετρήσεων.
Ένας νέος τρόπος πιστοποίησης
Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε έναν αλγόριθμο που πιστοποιεί αποτελεσματικά ότι μια μέτρηση δεν μπορεί να προσομοιωθεί από συνδυασμό συμβατικών προβολικών μετρήσεων. Το πιστοποιητικό αυτό παραμένει αξιόπιστο ακόμη και όταν υπάρχουν οι αναπόφευκτες πειραματικές ατέλειες.
Οι επιστήμονες δοκίμασαν τη μέθοδο σε κβαντικό υπολογιστή στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ και απέδειξαν πειραματικά την ύπαρξη μη προσομοιώσιμων κβαντικών μετρήσεων.
Οι κβαντικοί υπολογιστές περνούν στα qudits
Καθοριστικό ρόλο στην επιτυχία του πειράματος έπαιξε μια νέα αρχιτεκτονική κβαντικών υπολογιστών, η οποία δεν βασίζεται αποκλειστικά στα δυαδικά qubits, αλλά χρησιμοποιεί qudits – κβαντικά συστήματα με περισσότερες από δύο καταστάσεις.
Η προσέγγιση αυτή επιτρέπει την υλοποίηση πιο σύνθετων μετρήσεων και ανοίγει νέες δυνατότητες στην επεξεργασία κβαντικής πληροφορίας. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η αξιοποίηση των qudits, ακόμη και μόνο για την πραγματοποίηση μετρήσεων, μπορεί να αυξήσει σημαντικά τις δυνατότητες των μελλοντικών κβαντικών τεχνολογιών.
