Nondemolition Quantum ( QND ) de medición es un tipo especial de medición de un quantum sistema en el que la incertidumbre de la medida observable no aumenta desde su valor medido durante la evolución normal posterior del sistema. Esto requiere necesariamente que el proceso de medición preserve la integridad física del sistema medido y, además, impone requisitos a la relación entre lo observable medido y lo auto-hamiltoniano del sistema. En cierto sentido, las mediciones QND son el tipo de medición "más clásico" y menos perturbador en la mecánica cuántica.
La mayoría de los dispositivos capaces de detectar una sola partícula y medir su posición modifican fuertemente el estado de la partícula en el proceso de medición, por ejemplo, los fotones se destruyen al golpear una pantalla. De manera menos dramática, la medición puede simplemente perturbar la partícula de una manera impredecible; una segunda medición, sin importar qué tan rápido después de la primera, no esté garantizado para encontrar la partícula en la misma ubicación. Incluso para mediciones proyectivas ideales de "primera clase" en las que la partícula se encuentra en el estado propio medido inmediatamente después de la medición, la posterior evolución libre de la partícula hará que la incertidumbre en la posición crezca rápidamente.
En contraste, un impulso (en lugar de la posición) de medición de una partícula libre puede ser QND porque la distribución impulso es preservada por de la partícula auto-hamiltoniano p 2 /2 m . Debido a que el hamiltoniano de la partícula libre conmuta con el operador de impulso, un estado propio de impulso también es un estado propio de energía, por lo que una vez que se mide el impulso, su incertidumbre no aumenta debido a la evolución libre.
Tenga en cuenta que el término "no demolición" no implica que la función de onda no colapse .
Las mediciones de QND son extremadamente difíciles de realizar experimentalmente. Gran parte de la investigación sobre las mediciones de QND fue motivada por el deseo de evitar el límite cuántico estándar en la detección experimental de ondas gravitacionales . La teoría general de las mediciones de QND fue establecida por Braginsky , Vorontsov y Thorne [1] siguiendo mucho trabajo teórico de Braginsky, Caves, Drever, Hollenhorts, Khalili, Sandberg, Thorne, Unruh, Vorontsov y Zimmermann.
Definición técnica
Dejar ser un observable para algún sistema con auto-hamiltoniano . El sistema es medido por un aparato que está acoplado a a través de interacciones hamiltonianas solo por breves momentos. De lo contrario, evoluciona libremente según . Una medida precisa de es uno que trae el estado global de y en la forma aproximada
dónde son los autovectores de correspondiente a los posibles resultados de la medición, y son los estados correspondientes del aparato que los registra.
Permita que la dependencia del tiempo denote los observables de la imagen de Heisenberg:
Una secuencia de medidas de se dice que son mediciones QND si y solo si [1]
para cualquier y cuando se realizan las mediciones. Si esta propiedad es válida para cualquier elección de y , luego se dice que es una variable QND continua . Si esto solo es válido para ciertos momentos discretos, entoncesse dice que es una variable QND estroboscópica . Por ejemplo, en el caso de una partícula libre, la energía y el momento se conservan y, de hecho, son observables QND continuos, pero la posición no lo es. Por otro lado, para el oscilador armónico, la posición y el momento satisfacen relaciones de conmutación periódicas en el tiempo que implican que xyp no son observables QND continuos. Sin embargo, si uno hace las mediciones en momentos separados por números enteros de medios periodos (τ = kπ / ω), entonces los conmutadores desaparecen. Esto significa que xyp son observables QND estroboscópicos.
Discusión
Un observable que se conserva en libre evolución,
es automáticamente una variable QND. Una secuencia de medidas proyectivas ideales de serán automáticamente medidas QND.
Para implementar mediciones QND en sistemas atómicos, la fuerza de medición (tasa) compite con la desintegración atómica causada por la retroacción de la medición. [2] La gente suele utilizar la profundidad óptica o la cooperatividad para caracterizar la relación relativa entre la fuerza de medición y la desintegración óptica. Mediante el uso de guías de ondas nanofotónicas como interfaz cuántica, en realidad es posible mejorar el acoplamiento átomo-luz con un campo relativamente débil, [3] y, por lo tanto, una medición cuántica precisa mejorada con poca alteración del sistema cuántico.
Crítica
Se ha argumentado que el uso del término QND no agrega nada a la noción habitual de una medición cuántica fuerte y, además, puede ser confuso debido a los dos significados diferentes de la palabra demolición en un sistema cuántico (perder el estado cuántico vs. perdiendo la partícula). [4]
Referencias
- ↑ a b Braginsky, V. (1980). "Medidas de no demolición cuántica". Ciencia . 209 (4456): 547–557. Código Bibliográfico : 1980Sci ... 209..547B . doi : 10.1126 / science.209.4456.547 . PMID 17756820 .
- ^ Qi, Xiaodong; Baragiola, Ben Q .; Jessen, Poul S .; Deutsch, Ivan H. (2016). "Respuesta dispersiva de átomos atrapados cerca de la superficie de una nanofibra óptica con aplicaciones a la medición de no demolición cuántica y compresión de espín". Physical Review A . 93 (2): 023817. arXiv : 1509.02625 . Código Bibliográfico : 2016PhRvA..93b3817Q . doi : 10.1103 / PhysRevA.93.023817 .
- ^ Qi, Xiaodong; Jau, Yuan-Yu; Deutsch, Ivan H. (2018). "Cooperatividad mejorada para la compresión de espín inducida por medición cuántica sin demolición de átomos acoplados a una guía de ondas nanofotónica". Physical Review A . 97 (3): 033829. arXiv : 1712.02916 . Código bibliográfico : 2016PhRvA..93c3829K . doi : 10.1103 / PhysRevA.93.033829 .
- ^ Monroe, C. (2011). "Demolición de la no demolición cuántica" . La física hoy . 64 (1): 8. Código Bibliográfico : 2011PhT .... 64a ... 8M . doi : 10.1063 / 1.3541926 . Archivado desde el original el 15 de abril de 2013.
enlaces externos
- Artículo de Physicsworld
- Midiendo información cuántica sin destruirla
- Contando fotones sin destruirlos