[논문 리뷰] Revealing non-classicality of unmeasured objects

Tanjung Krisnanda, Margherita Zuppardo외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 05.

Quantum Mechanics and Applications인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 비접근 가능한 양자 시스템(예: 개방 양자 시스템의 환경 등)의 비고전성(non-classicality)을 탐지하기 위한 방법을 제안한다. 이는 두 제어 시스템이 서로 직접적으로 상호작용하지 않고 환경과 각각 상호작용하는 동안, 그들 사이의 양자 얽힘의 증가를 분석함으로써 이루어진다. 핵심 기여는 측정되지 않은 물체의 간접적인 얽힘 매개 효과를 통해 비고전적 특성을 추론할 수 있는 일반적 프레임워크를 제공한다는 점이다.

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.

연구 동기 및 목표

• 비접근 가능하거나 측정되지 않은 양자 시스템(예: 개방 시스템의 환경 등)의 비고전적 특성을 탐지하는 데 도전하는 것.
• 직접 접근하거나 측정하지 않고도 그러한 시스템의 특성을 추론할 수 있는 일반적 프레임워크를 개발하는 것.
• 제어 가능한 시스템 간의 얽힘을 매개하는 어떤 물체의 비고전성도 탐지할 수 있도록 하는 것.
• 비측정된 양자 물체를 간접적인 얽힘 동역학을 통해 특성화하는 데 있어 확장 가능하고 실용적인 접근법을 제공하는 것.

제안 방법

• 이 방법은 비접근 가능한 환경과 각각 상호작용하지만 상호 직접 상호작용이 없는 두 양자 시스템을 준비하는 데 기반한다.
• 시간에 따라 두 시스템 간의 얽힘을 모니터링하며, 얽힘의 증가는 비고전적 환경 영향의 징후로 사용된다.
• 측정 가능한 시스템 관측량에서 얽힘 동역학을 추출하기 위해 양자 과정 토모그라피 또는 얽힘 증거 프로토콜을 사용한다.
• 비고전성은 직접적인 시스템-시스템 상호작용 없이도 생성될 수 없는 얽힘 증가의 존재와 크기로부터 추론된다.
• 이 방법은 환경의 구조나 해밀토니안에 대한 사전 지식이 필요하지 않다.
• 비고전적 환경은 그렇지 않은 시스템 간에도 얽힘을 생성할 수 있다는 사실을 활용한다. 이는 고전적 환경에서는 존재하지 않는 특성이다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비접근 가능한 양자 환경의 비고전적 특성을 환경 자체를 직접 측정하지 않고 탐지할 수 있는가?
• RQ2 제어 시스템에서 비고전성의 존재를 드러내는 관측 가능한 서명은 무엇인가?
• RQ3 두 시스템 간의 얽힘 증가가 비고전적 환경 역학을 위한 증거로 어느 정도 유용한가?
• RQ4 제안된 방법은 얽힘을 매개하는 임의의 비측정 물체에 적용 가능한가?
• RQ5 이 프레임워크는 시스템 수준의 측정만으로 고전적 영향과 양자적 영향을 구별할 수 있는가?

주요 결과

• 비접근 가능한 환경의 비고전성은 환경을 통해 간접적으로 상호작용하는 두 시스템 간의 얽힘 증가를 통해 탐지할 수 있다.
• 직접적인 시스템-시스템 상호작용 없이도 얽힘 증가가 발생하는 것은 비고전적 환경 행동의 징후이다.
• 이 방법은 강건하고 일반적이며, 얽힘을 매개할 수 있는 임의의 비측정 물체에 적용 가능하다.
• 이 프레임워크는 환경의 내부 구조나 동역학에 대한 지식 없이도 비고전적 특성을 특성화할 수 있다.
• 이 방법은 개방 양자 시스템에서 비고전성에 대한 실용적이고 실천 가능한 증거를 제공한다.
• 결과적으로 간접적인 얽힘 동역학이 비접근 가능한 시스템에서 비고전성을 신뢰성 있게 탐지하는 데 유용한 수단이 될 수 있음을 보여준다.