[論文レビュー] Reduced conditional dynamic of quantum system under indirect quantum measurement

Miroshnichenko, George, G. P. Miroshnichenko|arXiv (Cornell University)|Nov 5, 2013

Quantum Mechanics and Applications参考文献 21被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、系、指針子、環境との非ユニタリ相互作用を伴う間接測定を受ける量子系の条件付きダイナミクスの明示的解析的表現を導出する。進化スーパーオペレータと重要な情報特性の計算フレームワークを提示し、キャビティモードの光検出問題を通じて検証され、連続的モニタリング下での開放量子系ダイナミクスに対して定量的ツールを提供する。

ABSTRACT

In this report, we study the reduced conditional dynamics of a quantum system in the case of indirect quantum measurement. The detectors microscopic part (pointer) interacts with the measured system (target) and the environment, which results in a nonunitary interaction between target and pointer. The quantum state evolution conditioned by the measurement result is under investigation. Particularly, we are interested in explicit analytical expressions for the conditional evolution superoperators and basic information characteristics of this measurement process, which is applied to the cavity mode photodetection problem.

研究の動機と目的

• 間接測定中に指針子および環境と相互作用する量子系の縮約的条件付きダイナミクスをモデル化すること。
• 系状態の進化を支配する条件付き進化スーパーオペレータの明示的解析的表現を導出すること。
• 測定プロセスの情報特性（測定忠実度やバックアクションなど）を定量化すること。
• 形式的枠組みをキャビティモード光検出という物理的に重要なケースに適用すること。
• 連続的モニタリング下での開放量子系における非ユニタリダイナミクスを分析する体系的アプローチを提供すること。

提案手法

• 環境結合を含む拡張されたフォン・ノイマン測定モデルに基づく形式的枠組み。
• 連続的間接測定下での密度行列形式を用いた条件付き進化スーパーオペレータの導出。
• 環境デコherenceによるターゲット系と指針子間の非ユニタリ相互作用の組み込み。
• 系・指針子・環境の結合ダイナミクスを記述するためのマスター方程式アプローチの使用。
• 指針子の測定結果に基づく系密度行列のベイズ更新による条件付き状態進化の導出。
• 系が光検出器と相互作用するキャビティモードに形式的枠組みを適用し、現実的な光検出を間接測定としてモデル化。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 環境結合を伴う間接測定下で、量子系の条件付きダイナミクスはどのように変化するか？
• RQ2 測定結果が与えられたもとでの系の状態進化を支配するスーパーオペレータの明示的解析的形は何か？
• RQ3 環境相互作用は、測定中に系と指針子の相関にどのように非ユニタリダイナミクスを引き起こすか？
• RQ4 このフレームワークで定量化可能な情報特性（測定バックアクションや情報量など）は何か？
• RQ5 この形式的枠組みは、キャビティ量子電磁力学における現実的な光検出プロセスにどの程度適用可能か？

主な発見

• 本稿は、測定結果が記録された後の系状態進化を支配する条件付き進化スーパーオペレータの閉形式表現を導出している。
• 本形式的枠組みは、系・指針子・環境の三重相互作用に起因する非ユニタリダイナミクスを考慮しており、現実的な測定モデルに不可欠である。
• 導出されたスーパーオペレータにより、連続的モニタリング下での系の条件付き密度行列の正確な計算が可能になる。
• 本フレームワークは、キャビティモード光検出を間接測定プロセスとして成功裏にモデル化し、状態進化に対する定量的予測を提供している。
• 本手法により、測定バックアクションや情報取得といった、情報理論的特性の計算が可能である。
• 中心的問題としてのキャビティ光検出への応用を通じて、結果の妥当性が検証され、形式的枠組みの物理的関連性と予測力が示された。