[논문 리뷰] CQED quantum tomography of a microwave range

G. P. Miroshnichenko|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 12.

Quantum Information and Cryptography참고 문헌 42인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 회로 양자 전기역학(cQED)에서 마이크로파 필드의 양자 톰그래피를 위한 프로토콜을 제시한다. 원자 탐측 확률을 측정하여 삼각형 확률 분포를 재구성한다. 원자-공진기 상호작용과 수치 최적화를 통해 단일 조정 가능한 매개변수를 사용하여 정확한 상태 재구성을 달성하며, 콜모고로프 검정과 실험 장치 함수 모델링을 통해 검증되어 일관된 상태에 대해 높은 정밀도를 보인다.

ABSTRACT

The protocol of measurement the probability density of a rotated quadrature of microwave mode in an arbitrary quantum state is presented and numerically investigated. The protocol is adapted to the measuring procedure used in the CQED experiments. The method is based on measurement of integrated probability of detection of atoms - probes in the top working state from atoms flying via the cavity. Connection of random variables and is found, when is a qudrature phase. Connection of the tomogram and the tomogram is found. The protocol prescribes the rule of choice of problem parameters, such as interaction time, and the number of atoms in series . The method contains a single fitting parameter that is selected in the process of numerical simulation of the quadrature distribution in a coherent state. Quality selection is determined by the Kolmogorov test. The result of the calculation protocol is a convolution with the instrumental function of the method. The parameters of the instrumental function are shown. Numerical simulations performed for typical numerical values of parameters of the experimental setup, shows the effectiveness of the proposed method.

연구 동기 및 목표

• cQED 시스템에서 마이크로파 필드를 위한 실용적인 양자 톰그래피 프로토콜을 개발한다.
• 임의의 양자 상태에서 회전된 삼각형의 확률 밀도를 측정할 수 있도록 한다.
• 재구성의 신뢰성 향상을 위해 상호작용 시간과 원자 수의 시리즈와 같은 실험 매개변수를 최적화한다.
• 재구성 정확도를 유지하면서도 피팅 매개변수를 최소화한다.

제안 방법

• 비행 원자를 프로브로 사용하여 공진기 내 마이크로파 필드와 상호작용하여 상위 상태에서의 탐측 확률을 측정한다.
• 측정된 원자 탐측 확률은 삼각형의 위상에 관여하는 변환을 통해 삼각형 분포로 매핑된다.
• 단일 피팅 매개변수는 코herent 상태의 수치 시뮬레이션을 통해 결정되며, 적합도 검정을 위한 콜모고로프 검정을 사용하여 최적화된다.
• 수치 시뮬레이션에서 유도된 실험적 불완전성 요소를 고려하기 위해 재구성된 분포를 실험 장치 함수와 콘볼루션하여 처리한다.
• 실험 장치 함수의 매개변수들은 명시적으로 계산되고 일반적인 실험적 값들을 사용하여 검증된다.
• 표준 cQED 매개변수를 사용한 수치 시뮬레이션을 통해 방법의 안정성과 정확도를 검증하였으며, 상태 재구성에 있어 뛰어난 성능을 보였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 임의의 양자 상태에 있는 마이크로파 필드의 삼각형 확률 분포는 cQED에서 원자 프로브를 통해 어떻게 재구성할 수 있는가?
• RQ2 재구성 정밀도를 극대화하기 위해 최적의 상호작용 시간과 원자 수의 시리즈는 무엇인가?
• RQ3 최소한의 피팅 매개변수로 정확도를 유지하면서도 방법의 강인성을 어떻게 확보할 수 있는가?
• RQ4 실험적 불완전성은 재구성 품질에 어떤 영향을 미치며, 어떻게 모델링할 수 있는가?
• RQ5 알려진 기준 상태인 코herent 상태에 대해 이 방법은 어떻게 성능을 발휘하는가?

주요 결과

• 단일 피팅 매개변수를 사용하여 코herent 상태의 수치 시뮬레이션을 통해 선택된 방법은 높은 정밀도로 삼각형 분포를 재구성한다.
• 콜모고로프 검정은 재구성의 품질을 확인하여 피팅된 매개변수의 정확성을 검증한다.
• 이 방법의 실험 장치 함수는 명시적으로 결정되었으며, 수치 시뮬레이션에서 유도된 매개변수를 포함한다.
• 일반적인 cQED 매개변수를 사용한 수치 시뮬레이션은 효과적이고 안정적인 재구성 성능을 보였다.
• 이 프로토콜은 실제 실험 조건에 적응 가능하며, 일관된 상태에서의 성능을 통해 강인함을 입증하였다.
• 이 방법은 이상적인 분포를 실험 장치 함수와 콘볼루션하여 삼각형 분포를 성공적으로 재구성하였으며, 필수적인 양자 특성을 유지하였다.