Polarisaation heikko mittaus : Optiselta vorteksilta Blochin pallolle
Pysyvä osoite
Verkkojulkaisu
DOI
Tiivistelmä
Tavanomaista kvanttimekaanista mittausta voi tietyssä mielessä luonnehtia epätäydelliseksi. Kvanttimekaaninen tila romahtaa mittaustulosta vastaavaksi ominaistilaksi, jolloin alkuperäisestä tilasta ei voi saada enempää informaatiota, ja eri suureparit rajoittavat toistensa mittaustarkkuutta. Koskaan ei voi tietää kaikkea. Mittaushäiriö on kuitenkin minimoitavissa niin sanotun heikon mittauksen keinoin. Siinä varsinaisen kiinnostuksen kohteena oleva tila kytketään heikosti yhteen jonkin aputilan kanssa, jonka siirtymä sitten mitataan. Tätä siirtymää kutsutaan heikoksi arvoksi, ja sen kautta on mahdollista päästä käsiksi itse mitattavaan tilaan.
Kvantti-informaation aikakautena tiedonkuljettajina käytetään yhä enenevissä määrin qubitteja eli tilojen |0⟩ ja |1⟩ superpositioita. Yksittäiseen qubittiin mahtuu paljon enemmän informaatiota kuin yksittäiseen bittiin (0 tai 1). Eräs fysikaalinen esimerkki qubitista on valon polarisaatio eli sähkömagneettisen kentän värähtelysuunta. Kvanttilaskennassa voidaan tarvita juuri tietynlaisia qubitteja, jolloin niiden testaus niitä tuhoamatta on ensiarvoisen tärkeää. Japanilaistutkijat kehittivätkin tähän vuonna 2015 varsin hyvin toimivan, heikkoon mittaukseen perustuvan menetelmän, joka on tämän tutkielman pääosassa.
Intensiteetiltään gaussinen laservalo muunnetaan ensin Laguerren-Gaussin moodiksi, jota karakterisoi nollaintensiteettipiste eli optinen vorteksi. Tämän voi mieltää polarisaation heikoksi arvoksi, joten sen siirtymän mittaus vastaa polarisaation mittausta. Kuitenkin, varsinainen qubitti optisesta vorteksista saadaan vasta projisoimalla se stereograafisesti kompleksitasolta Blochin pallolle, kaksiulotteisten kvanttitilojen avaruuteen. Koejärjestelyn osoitetaan toimivan myös sekoitetuille tiloille eli statistiikaltaan erilaisille qubittikombinaatioille. Kvanttilaskennan lisäksi tutkielmassa käsiteltävät asiat ovat sovellettavissa kvanttidynamiikassa ja -korrelaatiossa.
Kuvaus
Siirretty Doriasta