[論文レビュー] Revealing non-classicality of unmeasured objects

Tanjung Krisnanda, Margherita Zuppardo+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2016

Quantum Mechanics and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、開いた量子系の環境など、測定不能な量子系における非古典的性質を、それらが別々に環境と相互作用するが互いに直接相互作用しない2つの制御系間の量子もつれの増加を分析することによって検出する手法を提案する。主な貢献は、直接測定が不可能な対象の非古典的性質を、それらがもつれを媒介する間接的効果から推論する一般化されたフレームワークを提供することにある。

ABSTRACT

Some physical objects are not accessible to direct experimentation. An environment of an open quantum system being a paradigmatic example. It is then desirable to infer the properties of these objects based solely on their interactions with systems over which we have control. In this spirit, here we propose a method for assessing non-classicality of the environment from the gain of quantum entanglement between two systems individually interacting with the environment but not with each other. The framework is general and in principle allows detection of non-classical features of any inaccessible object able to mediate entanglement.

研究の動機と目的

• 測定不能またはアクセス不能な量子系、たとえばオープン系の環境のような非古典的性質を調べる課題に対処すること。
• 直接的なアクセスや測定ができない状況下でも、そのような系の性質を推論する一般化されたフレームワークを開発すること。
• 制御可能な系の間のもつれを媒介する対象の非古典的性質を検出できることを可能にすること。
• 測定不能な量子対象を、間接のもつれダイナミクスを通じてスケーラブルかつ操作的に意味のある方法で特徴付けるアプローチを提供すること。

提案手法

• 本手法は、測定不能な環境と個別に相互作用するが、互いに直接相互作用しない2つの量子系を準備することに依存する。
• 時間経過に伴う2つの系間のもつれをモニタリングし、もつれの増加が非古典的環境の影響を示す兆候となる。
• フレームワークは、量子プロセストロポグラフィーやもつれウィtnessプロトコルを用い、測定可能な系の観測量からもつれダイナミクスを抽出する。
• 非古典的環境の性質は、もつれ増加の有無とその大きさから推論され、これは古典的環境では直接的な系-系相互作用がなければ生成されない。
• 本手法は一般化されており、環境の構造やハミルトニアンに関する事前知識を必要としない。
• 非古典的環境は、互いに相互作用しない系間のもつれを生成できることに着目している。これは古典的環境には存在しない特徴である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 測定不能な量子環境の非古典的性質は、環境そのものの直接測定なしに検出可能か？
• RQ2 制御系に現れるどのような観測可能な兆候が、測定不能な対象に内在する非古典的性質を示すか？
• RQ3 2つの系間のもつれ増加が、非古典的環境ダイナミクスの証拠としてどの程度有効か？
• RQ4 提案手法は、もつれを媒介する任意の測定不能対象に適用可能か？
• RQ5 本フレームワークは、系レベルの測定のみに依存して、古典的および量子的環境の影響を区別できるか？

主な発見

• 測定不能な環境の非古典的性質は、環境を介して間接的に相互作用する2つの系間のもつれ増加を通じて検出可能である。
• 直接的な系-系相互作用が存在しない状況でもつれが増加することは、非古典的環境行動の兆候である。
• 本手法は頑健で一般化可能であり、もつれを媒介できる任意の測定不能対象に適用可能である。
• フレームワークは、環境の内部構造やダイナミクスに関する知識がなくても、非古典的性質の特徴付けを可能にする。
• 本手法は、オープン量子系における非古典的性質の検出に実用的かつ操作的に意味のあるウィtnessを提供する。
• 結果は、間接のもつれダイナミクスが、測定不能な系における非古典的性質の信頼できるプローブとして機能できることを示している。