A A A A Автор Тема: "Отменили" коллапс волновой функции  (Прочитано 3922 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн T101Автор темы

  • *****
  • Сообщений: 4 701
  • Благодарностей: 71
  • Михаил
    • Сообщения от T101
Такая новость на мембране:
http://www.membrana.ru/articles/inventions/2008/07/04/143800.html
и там ссылка на оригинальную статью:
http://arxiv.org/abs/0806.3547

Цитата
We demonstrate in a superconducting qubit the conditional recovery ("uncollapsing") of a quantum state after a partial-collapse measurement. A weak measurement extracts information and results in a non-unitary transformation of the qubit state. However, by adding a rotation and a second partial measurement with the same strength, we erase the extracted information, effectively canceling the effect of both measurements. The fidelity of the state recovery is measured using quantum process tomography and found to be above 70% for partial-collapse strength less than 0.6.

Очень любопытно почитать комментарии знатоков "Горизонтов" :)
Фёдор Михайлович Достоевский:
— Ежели русский вам скажет, что не любит Родину, не верьте ему, он не русский.

Оффлайн Olweg

  • *****
  • Сообщений: 12 334
  • Благодарностей: 255
    • Сообщения от Olweg
Re: "Отменили" коллапс волновой функции
« Ответ #1 : 14 Июл 2008 [20:46:59] »
Нет, квантовая физика - это не для моих бедных серых клеточек ^-^
Водород - это лёгкий газ без цвета и запаха, который при достаточном количестве времени превращается в людей. © Эдвард Гаррисон

Оффлайн T101Автор темы

  • *****
  • Сообщений: 4 701
  • Благодарностей: 71
  • Михаил
    • Сообщения от T101
Re: "Отменили" коллапс волновой функции
« Ответ #2 : 14 Июл 2008 [21:42:20] »
 :) Да я, честно говоря, тоже от нее быстро перегреваюсь, но любопытство - страшная сила :) А в статье уже идут громкие слова про прорыв и т.п.:

Цитата
Полученные отзывы уже характеризуют результаты эксперимента как "прорыв". Так, например, думает профессор Бюттикер.
А специалист по квантовой физике Влатко Ведрал (Vlatko Vedral) из университета Лидса (University of Leeds) считает, что результаты эксперимента могут привести к пересмотру всей системы восприятия "классической" реальности: "Теперь мы даже не можем сказать, что измерения формируют реальность, – ведь можно элиминировать эффекты замеров и начать всё заново".
"Квантовый мир стал ещё более хрупким, а реальность ещё более таинственной", – резюмирует Максимилиан Шлоссхауэр (Maximilian Schlosshauer) из университета Мельбурна (University of Melbourne).

Может наши профи объяснят - действительно ли прорыв или нет? Там есть ссылка на оригинальную статью...
Помнится, уже не раз в этом разделе ув. Хартиков Сергей и другие вносили ясность, в доступной форме изложив суть очередного открытия/опыта/теории, за что им, конечно же, большое спасибо :)
« Последнее редактирование: 14 Июл 2008 [21:43:53] от T101 »
Фёдор Михайлович Достоевский:
— Ежели русский вам скажет, что не любит Родину, не верьте ему, он не русский.

bob

  • Гость
Re: "Отменили" коллапс волновой функции
« Ответ #3 : 14 Июл 2008 [21:58:05] »
:) Да я, честно говоря, тоже от нее быстро перегреваюсь, но любопытство - страшная сила :)
Если опровержения не поступит - это результат даже более важный, чем опыты Аспека. Но, как всегда, при интерпретации допускают гипероптимизм. "ведь можно элиминировать эффекты замеров и начать всё заново" - и получить ту же неопределённость и ЭПР при повторном пуске. Обратимость в конкретном процессе КМ не запрещает - оператору возникновения-уничтожения частиц временная шкала по-барабану, куда её направить. Кроме случая распада К-мезона.

bob

  • Гость
Re: "Отменили" коллапс волновой функции
« Ответ #4 : 14 Июл 2008 [22:15:50] »
Разобрался внимательнее.
"Американцы решили использовать туннельный эффект, когда микрочастица способна переходить в другое состояние, а её энергия при этом меньше определённого барьера, требуемого законами классической физики."
С большой вероятностью открытие "закроют" обратно. Энергия ниже барьера не является достоверной фиксацией. Их "косвенная" фиксация не удовлетворяет копенгагенской трактовке, поэтому и "отменяет" её. Смахивает на рекламу микроэлектроники, оформленную в виде загадочного открытия.

Оффлайн T101Автор темы

  • *****
  • Сообщений: 4 701
  • Благодарностей: 71
  • Михаил
    • Сообщения от T101
Re: "Отменили" коллапс волновой функции
« Ответ #5 : 15 Июл 2008 [16:22:59] »
Значит, наиболее вероятно - что это всё реклама квантовых компутеров :) Понятно, спасибо!
Фёдор Михайлович Достоевский:
— Ежели русский вам скажет, что не любит Родину, не верьте ему, он не русский.

Оффлайн Хартиков Сергей

  • *****
  • Сообщений: 7 395
  • Благодарностей: 33
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Хартиков Сергей
Re: "Отменили" коллапс волновой функции
« Ответ #6 : 15 Июл 2008 [19:25:51] »
     Тут надо отделить друг от друга две вещи: сообщение с "Мембраны" и саму статью указанных авторов. Кое-какие вещи (в частности, картинки) в сообщении верны, но этого нельзя сказать об остальных основных утверждениях. Является ли полученный результат прорывом? Наверное, в соответствующей узкой области, он и прорыв, но совсем не в том, о чем говорит сообщение "Мембраны".
     Я бы сказал так: достигнут определенный уровень технологии в работе с кубитами на основе джозефсоновских переходов. Это имеет возможное значение для создания будущих квантовых компьютеров. Вот явно неверные утверждения из сообщения:

     "...в ходе которого им удалось подставить под сомнение одну из основ квантовой теории – эффект наблюдателя."

      - это лишь очень вольная интерпретация эксперимента.

     "Учёным удалось "вернуть" квантовое состояние частицы обратно. Причём после измерения этого самого состояния. Фактически это означает, что можно сохранить жизнь коту вне зависимости от условий коллапса волновой функции. Жив ли он, мёртв ли – не важно. Мы всегда может отыграть обратно."

     - совсем не это.

     "Любая попытка измерить энергию напрямую должна была, по классическим представлениям, "заставить" кубит оказаться в одном из двух состояний, то есть вызвать редукцию волновой функции. Но в новом эксперименте этого удалось избежать!"

     - не удалось избежать этого.

Оффлайн Хартиков Сергей

  • *****
  • Сообщений: 7 395
  • Благодарностей: 33
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Хартиков Сергей
Re: "Отменили" коллапс волновой функции
« Ответ #7 : 15 Июл 2008 [21:00:13] »
     Если кому интересно, то вот, что там делалось. Сама статья является лишь одной из многочисленной серии, которую опубликовали эти авторы за несколько лет. Причем в данной конкретной статье нет ничего нового по сравнению с предыдущими.
     Что такое кубит? Это квантовая система, которая в некотором базисе обладает двумя стационарными состояниями |0> и |1>. Кроме того, в соответствии с правилами квантовой механики, она может находиться в произвольной суперпозиции a|0> + b|1>, где a и b - комплексные числа, удовлетворяющие |a|2 + |b|2 = 1. Если измерение кубита производится в базисе {|0>, |1>}, то с вероятностью |a|2 будет получен результат |0> и с вероятностью |b|2 результат |1>. Кубиты являются основными элементами квантовых компьютеров и квантовой криптографии. Учитывая, что a и b - комплексные, состояние кубита можно записать в виде cos(θ/2)|0> + e-iφsin(θ/2)|1>, а поэтому можно и наглядно изображать сферой (так называемая сфера Блоха), где используются сферические координаты θ и φ.
     В данном случае кубит реализуется следующим образом. Берется сверхпроводящее кольцо, делается тонкий разрез, заполняемый диэлектриком - этот разрез является переходом Джозефсона. У такого перехода много интересных свойств (можно, например, посмотреть в томе 8-9 "Фейнмановских лекций"). Здесь важно то, что переход описывается квантовой переменной δ - фазой перехода, которая может изменяться. Для каждого заданного магнитного потока через контур существует критический ток для перехода. Известно, что если поднять ток через переход почти до критического, то на графике "потенциал U - фаза δ" получается типичная "кубическая" кривая с типичной потенциальной ямой. Основное состояние ямы обозначают |0>, а первое возбужденное |1> (разница уровней E/h = 6.75 ГГц). Делают так, чтобы были только эти два уровня.
     Раз есть потенциальная яма, значит есть и вероятность туннелирования через барьер. Вероятности туннелирования |0> и |1> очень малы - ими можно пренебречь. Но если понизить барьер, то можно сделать так, чтобы вероятность туннелирования состояния |1> сильно возросла, а вероятность туннелирования |0> осталась еще очень малой (в эксперименте она в 200 раз меньше). Для идеального измерения кубита надо просто довести вероятность туннелирования |1> почти до 1.
     Как приготавливается исходное состояние и как делается измерение. Для этого совместно используется модулирование тока через переход и модулирование (фазовое и амплитудное) микроволнового излучения через кольцо на резонансной частоте перехода Джозефсона. Как - есть соответствующие формулы, подтвержденные экспериментально (это просто техника). Итак, можно приготовить кубит в любом, наперед заданном состоянии (это точка на сфере Блоха). Для идеального измерения подается прямоугольный импульс тока заданной амплитуды и длительности, которые подобраны так, чтобы |1> туннелировало с вероятностью, близкой к 1, а |0> имело еще очень малую вероятность туннелирования. Во время туннелирования происходит изменение магнитного поля. Оно очень мало, но для его измерения имеется очень точное устройство - SQUID - то есть сверхпроводящий квантовый интерферометр. Он тоже является кольцом с несколькими переходами Джозефсона (очень доступно изложено у того же Фейнмана в последних параграфах тома 8-9).
     Основным авторы статьи считают так называемое "частичное" измерение - то есть измерение кубита с наперед заданной вероятностью p. Это означает, что даже если кубит гарантировано находится в состоянии |1>, то положительный результат такого измерения будет лишь с вероятностью p. Причем значение этой вероятности наперед известно и может контролироваться (изменяться) по желанию экспериментаторов. Это делается подачей импульса тока несколько меньшей амплитуды, чем при идеальном измерении.
     Вообще описанным способом измеряются лишь квадраты |a| и |b|, но не измеряется фаза. Поэтому авторы используют так называемую "томографию". Для этого к кубиту применяют унитарные преобразования, которые наглядно на сфере Блоха отображаются поворотами на 90 градусов вокруг осей X и Y. Если теперь провести серию экспериментов, каждый раз приготавливая кубит в одном и том же состоянии (это умеют делать, как я говорил), разделить серию на три части - в первой вращать на 90 градусов вокруг X, во второй вокруг Y, а в третьей ничего не делать - то после указанного частичного измерения будут измерены проекции вектора Блоха Px, Py, Pz, из которых легко получить значение θ и φ для состояния кубита. Унитарные "вращения" тоже производятся при помощи модуляций тока и микроволнового излучения.
     Первое, что научились делать авторы, это гарантировано создавать наперед заданные состояния кубита и при помощи указанной "томографии" подтверждать его. Пусть исходное состояние кубита cos(θ/2)|0> + e-iφsin(θ/2)|1>. На языке квантовой механики, если в результате "частичного" измерения обнаружено туннелирование, то это значит, что исходное состояние кубита спроектировано в чистое состояние |1> с вероятностью p*sin2(θ/2). Если же туннелирование не обнаружено, то это означает, что исходное состояние спроектировано в некоторое состояние |ψM> (я не буду выписывать - можно посмотреть в статье). Я специально подчеркнул слово "спроектировано", так как в этом суть, хотя авторы стараются этого не делать, что позволяет им вести потом вольные рассуждения насчет "отмены декогеренции".
     Далее, указанное состояние |ψM> четко зависит от параметров "частичного" измерения. Авторы поставили задачу - вернуть кубит в исходное состояние. Оказывается, для этого достаточно просто "повернуть" кубит на сфере Блоха на 180 градусов (при помощи специального импульса) и снова провести "частичное" измерение с той же вероятностью p (о деталях типа дополнительных "поворотов" я не буду говорить - это не принципиально). Авторы поставили много экспериментов, в ходе которых сначала гарантировано создавали некоторое состояние кубита, потом при помощи "томографии" его подтверждали, а затем вместо "томографии" стали возвращать кубит в исходное состояние при помощи указанной процедуры и "томографией" это подтверждать. Четкость эксперимента составила около 70 процентов.
     Вообще-то аналогичные процедуры давно применяются для других типов кубитов. Кроме того, нечто похожее известно и для спинов (так называемое "спиновое эхо"), о чем авторы упроминают, но все время пытаются придать своим работам большее значение, чем в "спиновом эхе". А сейчас несколько слов о том, откуда взялись спекуляции на тему "обращения декогеренции". После того, как были сформированы основы квантовой механики, часть людей очень не устраивало, что мир более сложен, чем это казалось в классической механике. В частности, некоторые продолжают пытаться придумать механический аналог понятию "измерение". Их не устраивает, что приходится постулировать наличие фон-неймановской редукции и что она не может быть описана в терминах унитарной эволюции остальной части теории. Типичный тезис: все приборы состоят из квантовых частиц, поэтому неясно, где прекращается унитарность эволюции. Попытки преодолеть этот "барьер" я бы сравнил с попытками нарушить теорему Геделя. Но народ старается и придумывает всякие теории измерений :) Некоторые даже начинают впутывать сюда "сознание наблюдателя". Мне нравится отношение к этому Ландау-Лифшица: народ придумывает всяческие усложнения, думая, что таким образом достигает большей ясности :) (именно поэтому они почти не уделили места "теориям измерения" в своем учебнике).
     На этом пути и возникло понятие "частичного измерения" - то есть такого измерения, которое как бы сообщает лишь частичную "информацию" о системе. В принципе так можно описать и те измерения, которые проводились авторами рассматриваемой статьи. Но только в некотором смысле. Если идеальное измерение можно интерпретировать (хотя и не совсем верно), как "декогеренцию" системы, когда она "полностью спутывается" с прибором, то при частичном происходит "частичное спутывание". Именно в этом смысле авторы говорят об обращении процесса "частичной декогеренции".
     Во-первых, идея "декогеренции" при измерении - это лишь образная модель, так как классический прибор заведомо не находится в чистом состоянии. Во-вторых, это все предполагает, что при частичном измерении возникает "частично спутанное" состояние системы - то есть состояние измеряемой системы не является чистым, а является смешанным. Но в работе авторов возникает не смешанное состояние, а чистое - оно описывается векторомM>. Авторы вместо этого делают упор на следующее свойство |ψM>, а именно: в некотором смысле оно близко к |0>, как и должно быть при неудаче измерения туннелирования в идеальном измерении. Увлечение этим свойством создает иллюзию смешанного состояния, тогда как оно является чистым. А это означает, что все, описанное в статье, на языке квантовой механики - самая обычная редукция: с вероятностью p*sin2(θ/2) система проектируется в |1> и с вероятностью 1-p*sin2(θ/2) в состояние |ψM>.
     Налицо подмена понятий. На самом деле, они измерят не в базисе {|0>, |1>} с получением частичной "информации", а просто измеряют в базисе {|1>, |ψM>} с получением 100-процентной "информации" с применением самой обычной редукции. Это означает, что ничего нового в отношении "шредингеровского кота" они не сделали, а лишь разработали технику работы с джозефсоновскими кубитами. Я не очень понимаю, как все это можно использовать в квантовых вычислениях, так как восстановление кубита производится лишь при точном знании "портящего" воздействия, а в реальной ситуации требуется корректировать случайные ошибки из-за "спутывания" с коружением.
     Настоящее же "очищение от спутывания с окружением" уже много лет применяется при помощи других алгоритмов (я не буду описывать - можно найти в литературе). Это очень полезная штука, так как при передаче сообщения по зашумленным каналам удается достаточно хорошо восстановить "чистоту" состояния кубитов. Недостаток (это существенный момент алгоритма) - требуется большое число копий. Другого, видимо, не дано.

Оффлайн T101Автор темы

  • *****
  • Сообщений: 4 701
  • Благодарностей: 71
  • Михаил
    • Сообщения от T101
Re: "Отменили" коллапс волновой функции
« Ответ #8 : 16 Июл 2008 [11:16:32] »
     Если кому интересно, то вот, что там делалось.
     ...

Очень интересно, спасибо большое за объяснение!
Фёдор Михайлович Достоевский:
— Ежели русский вам скажет, что не любит Родину, не верьте ему, он не русский.

bob

  • Гость
Re: "Отменили" коллапс волновой функции
« Ответ #9 : 16 Июл 2008 [13:41:31] »
Спасибо, Сергей. То есть, те, кто высказался на мембране, действительно пускали пыль в глаза, чтобы привлечь внимание то ли к себе, то ли к экспериментам.