Realizzazione sperimentale della tomografia quantitativa interferometrica

La tomografia quantistica è un processo che prevede la ricostruzione e la caratterizzazione di uno stato quantistico utilizzando una serie di misurazioni raccolte. Negli ultimi anni, molti fisici hanno cercato di utilizzare questo processo per saperne di più sugli stati quantistici, in quanto potrebbe anche portare allo sviluppo di tecnologie quantistiche.

I ricercatori della Nanyang Technological University di Singapore hanno recentemente dimostrato la tomografia interferometrica quantitativa (QOT), un sottotipo di tomografia quantistica che solo di recente era un costrutto teorico, in un ambiente sperimentale. Il loro articolo è stato pubblicato in Lettere di revisione fisicapotrebbe giovare alla futura ricerca sulla fisica quantistica offrendo un nuovo potente strumento per esaminare tali sistemi.

“Abbiamo implementato sperimentalmente QOT utilizzando un sistema ottico lineare e dimostrato il suo vantaggio rispetto alla tomografia a stato completo ampiamente accettata”, ha detto a Phys.org Zhengning Yang, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio. QOT è un metodo per ricostruire sottosistemi di uno stato quantico multicorpo sconosciuto utilizzando un piccolo set di dati, che era La prima proposta teorica Scritto da Jordan Kotler e Frank Wilczek alla Stanford University e al Massachusetts Institute of Technology.

Il recente lavoro di Yang e colleghi si basa su uno studio del 2020 di Kotler e Wilczek, che hanno proposto che uno stato di entanglement sconosciuto possa essere completamente distinto sfruttando una serie di misurazioni a qubit singolo, attraverso un processo che chiamano QOT. Il team della Nanyang Technological University ha voluto testare questa idea teorica in un contesto sperimentale.

“Abbiamo costruito una piattaforma ottica per riprodurre uno stato quantico di 4/6 qubit trasportato da un singolo fotone qubit”, ha spiegato Yang. “Le trascrizioni degli stati vengono quindi misurate nel set completo di basi quantitative. Abbiamo quindi utilizzato il set di dati di misurazione per stimare statisticamente lo stato quantico originale con due metodi diversi, la tomografia dell’intero stato (FST) e il QOT, per confrontare le loro prestazioni”.

Gli esperimenti dei ricercatori hanno prodotto risultati molto promettenti, suggerendo che la QOT è un metodo più affidabile per descrivere gli stati quantistici rispetto alla FST, il tradizionale processo di tomografia quantistica utilizzato per descrivere gli stati quantistici integrali. Inoltre, QOT può caratterizzare con precisione gli stati quantistici utilizzando molte meno misurazioni.

“Abbiamo scoperto che QOT può ottenere risultati significativamente più accurati rispetto a FST con lo stesso numero di misurazioni senza introdurre evidenti errori sistematici”, ha affermato Yang.

I risultati raccolti da Yang e colleghi evidenziano il grande potenziale di QOT per lo studio degli stati quantistici. In futuro, potrebbero quindi incoraggiare l’uso del metodo di caratterizzazione dello stato quantistico sia in contesti di ricerca che industriali, ad esempio aiutando a sviluppare computer quantistici più avanzati o altre tecnologie quantistiche.

“Mentre esaminiamo tutto il lavoro su QOT, scopriamo che l'”interferometria” è un potente strumento per estrarre in modo efficiente informazioni dallo stato quantico”, ha aggiunto Yang. “Pertanto, ora stiamo pianificando di vedere quanto sia efficace nel quantificare l’intero sistema piuttosto che solo i sottosistemi. Ci auguriamo che sia il protocollo di tomografia quantitativa più efficiente possibile per la maggior parte dei sistemi”.