Исследование показало сложность томографии квантовых состояний
Международная группа учёных изучила эффективность методов квантовой томографии — процесса реконструкции неизвестных квантовых состояний на основе измерений. Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, показывают, что для систем с непрерывными степенями свободы, таких как свет в квантово-оптических системах, эта задача оказывается крайне сложной.
Графическое представление алгоритма квантовой томографии. Автор: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-03086-2
Исследователи из Свободного университета Берлина и Высшей нормальной школы в Италии оценили, насколько точно можно восстановить квантовые состояния разного размера. Они изучали как гауссовы состояния, так и более сложные негауссовы состояния.
«Мы были искренне удивлены, когда осознали, насколько сложна эта проблема: требуемый объём данных растёт крайне неблагоприятно с увеличением желаемой точности реконструкции», — пояснил соавтор работы Йенс Айзерт.
Исследование выявило фундаментальные ограничения существующих подходов. Оказалось, что томография для систем с непрерывными переменными значительно сложнее, чем для систем с конечным числом измерений. Это справедливо даже при естественных ограничениях на энергию и моменты состояний.
Работа помогает понять, что можно реалистично измерить в квантовых системах с помощью современных методов, а что — нет. Эти знания могут направить будущие усилия по созданию более совершенных квантовых технологий.
«Возможно, самый заметный вклад нашей статьи, по крайней мере с культурной точки зрения, в том, что она демонстрирует преимущества общения между исследователями из разных областей», — отметил Айзерт.
Учёные планируют продолжить оценку эффективности и масштабируемости методов для описания квантовых состояний, чтобы в конечном итоге разрабатывать более совершенные технологии.
Больше информации: Francesco A. Mele et al, Learning quantum states of continuous-variable systems, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-03086-2
0 комментариев