[論文レビュー] Realization scheme for continuous fuzzy measurement of energy and the monitoring of a quantum transition

Michael B. Mensky, Mensky, M. B.|ArXiv.org|Aug 28, 1998

Mechanical and Optical Resonators参考文献 4被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、量子メーターとの弱い逐次的相互作用と巨視的読み出しを用いて、2準位量子系におけるエネルギーの連続的かすみ測定の実現スキームを提案する。測定記録 E(t) が系の状態遷移のリアルタイム情報を持つことを示し、現象論的制限経路積分（RPI）アプローチと、物理的実装による操作的解釈の間で完全な一貫性を達成していることを示している。

ABSTRACT

The continuous fuzzy measurement of energy of a single two-level system driven by a resonant external field is studied. An analysis is given in the framework of the phenomenological restricted path integral approach (RPI) (which reduces effectively to a Schrodinger equation with a complex Hamiltonian) as well as with reference to the microphysical details of a class of concrete physical realizations. Within the RPI approach it is demonstrated that for appropriately adjusted fuzziness, information about the evolution of the state of the system can be read off from the measurement readout E(t). It is shown furthermore how a measurement of this type may be realized by a series of weak and short interactions of the two-level system with a quantum mechanical meter system. After each interaction a macroscopic measuring apparatus causes the meter to transit into one of two states. The result is used to generate the energy readout E(t). In this way a complete agreement with the RPI approach is demonstrated which thus obtains an operational interpretation.

研究の動機と目的

• 量子系における連続的かすみエネルギー測定の物理的実現スキームの開発を目的とする。
• 現象論的制限経路積分（RPI）アプローチと、量子測定の実際の物理的実装との間のギャップを埋めることを目的とする。
• 巨視的測定結果が、遷移中の量子状態の連続的変化を再構成するためにどのように利用できるかを示すこと。
• 具体的な実験的設定を通じて、RPIアプローチにおける複素ハミルトニアン形式に物理的・操作的意味を与えること。

提案手法

• 系は、共鳴外部場によって駆動される2準位原子としてモデル化され、エネルギーの連続的測定が行われる。
• RPIアプローチが用いられ、測定の反作用を記述するための複素ハミルトニアンを有するシュレーディンガー方程式に帰着する。
• 2準位系と量子メーター系との間の弱く短い相互作用の系列が導入される。
• 各相互作用の後、巨視的装置がメーターを2つの明確な状態のいずれかに崩壊させ、古典的測定記録 E(t) を生成する。
• 測定記録 E(t) が、系の状態遷移に関する情報を符号化しており、量子遷移のリアルタイム監視が可能であることが示された。
• RPIの予測と物理的相互作用モデルの結果との完全な一致を示すことで、スケームの妥当性が検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、量子系における連続的かすみエネルギー測定を物理的に実現できるか？
• RQ2 制限経路積分（RPI）アプローチは、連続的に測定される2準位系の力学をどの程度正確に記述できるか？
• RQ3 メーター系との弱く離散的な相互作用の系列が、真の状態遷移を反映する連続的測定記録 E(t) を生成できるか？
• RQ4 RPIアプローチにおける複素ハミルトニアン形式は、具体的な測定設定を通じてどのように物理的・操作的意味を持つようにできるか？

主な発見

• メーター系の巨視的読み出しによって得られる測定記録 E(t) は、2準位系の状態の進化に関する連続的かつリアルタイムの情報を提供する。
• 適切に調整された測定相互作用の曇り具合のもとで、RPIアプローチは物理的モデルによる確認を得て、系の力学を正確に予測する。
• 弱く逐次的な相互作用と、各相互作用後のメーターの巨視的崩壊を介して、エネルギーの連続的かすみ測定が実現される。
• RPIフレームワークに対して完全な操作的解釈が確立され、その複素ハミルトニアン形式が物理的に実現可能な測定プロセスに対応することが示された。
• 物理的実装は現象論的RPIアプローチと完全に一貫しており、理論的モデルと測定スキームの両方が妥当であることが検証された。