Mittagsstaat – Wikipedia

quantenmechanischer Vielkörper-Verschränkungszustand

EIN Mittag Zustand ist ein quantenmechanischer Vielkörper-Verschränkungszustand:

${ displaystyle | psi _ { text {NOON}} rangle = { frac {| N rangle _ {a} | 0 rangle _ {b} + e ^ {iN theta} | {0} rangle _ {a} | {N} rangle _ {b}} { sqrt {2}}}, ,}$

was eine Überlagerung von darstellt N. Partikel im Modus ein mit null Partikeln im Modus b, und umgekehrt. Normalerweise sind die Teilchen Photonen, aber im Prinzip kann jedes Bosonfeld NOON-Zustände unterstützen.

Anwendungen[edit]

NOON-Zustände sind ein wichtiges Konzept in der Quantenmetrologie und der Quantenerfassung, da sie in einem optischen Interferometer präzise Phasenmessungen durchführen können. Betrachten Sie zum Beispiel das Beobachtbare

${ displaystyle A = | N, 0 rangle langle 0, N | + | 0, N rangle langle N, 0 |. ,}$

Der Erwartungswert von

${ displaystyle A}$

Für ein System im NOON-Zustand wird zwischen +1 und -1 umgeschaltet, wenn sich die Phase von 0 auf ändert

${ displaystyle pi / N}$

. Darüber hinaus wird der Fehler bei der Phasenmessung

${ displaystyle Delta theta = { frac { Delta A} {| d langle A rangle / d theta |}} = { frac {1} {N}}.}$

Dies ist die sogenannte Heisenberg-Grenze und ergibt eine quadratische Verbesserung gegenüber der Standardquantengrenze. NOON-Staaten sind eng mit Schrödinger-Katzenstaaten und GHZ-Staaten verwandt und äußerst fragil.

Auf dem Weg zur experimentellen Realisierung[edit]

Es gab mehrere theoretische Vorschläge zur Erzeugung photonischer NOON-Zustände. Kok, Lee und Dowling schlugen die erste allgemeine Methode vor, die auf der Nachselektion mittels Photodetektion basiert.^[1] Der Nachteil dieser Methode war die exponentielle Skalierung der Erfolgswahrscheinlichkeit des Protokolls. Pryde und Weiß^[2] Anschließend wurde ein vereinfachtes Verfahren eingeführt, bei dem intensitätssymmetrische Multiport-Strahlteiler, Einzelphotoneneingänge und entweder angekündigte oder bedingte Messungen verwendet wurden. Ihre Methode ermöglicht zum Beispiel die angekündigte Produktion der N. = 4 NOON-Zustand ohne Nachselektion oder Nullphotonendetektion und hat die gleiche Erfolgswahrscheinlichkeit von 3/64 wie die kompliziertere Schaltung von Kok et al. Cable und Dowling schlugen eine Methode vor, die eine Polynomskalierung der Erfolgswahrscheinlichkeit aufweist, die daher als effizient bezeichnet werden kann.^[3]

Zwei-Photonen-Mittag gibt an, wo N. = 2, kann deterministisch aus zwei identischen Photonen und einem 50: 50-Strahlteiler erzeugt werden. Dies wird in der Quantenoptik als Hong-Ou-Mandel-Effekt bezeichnet. Drei- und Vierphotonen-NOON-Zustände können nicht deterministisch aus Einzelphotonenzuständen erzeugt werden, sie wurden jedoch probabilistisch durch Nachauswahl unter Verwendung einer spontanen parametrischen Abwärtskonvertierung erzeugt.^[4][5] Ein anderer Ansatz, bei dem nicht klassisches Licht durch spontane parametrische Abwärtskonvertierung und ein klassischer Laserstrahl auf einem 50: 50-Strahlteiler gestört wurden, wurde von I. Afek, O. Ambar und Y. Silberberg experimentell demonstriert die Produktion von NOON Staaten bis zu N. = 5.^[6][7]

Die Superauflösung wurde bereits 2005 als Indikator für die NOON-Zustandsproduktion verwendet. 2005 haben Resch et al.^[8] zeigten, dass es ebenso gut durch klassische Interferometrie hergestellt werden kann. Sie zeigten, dass nur die Phasenüberempfindlichkeit ein eindeutiger Indikator für einen NOON-Zustand ist; Darüber hinaus führten sie Kriterien ein, um anhand der beobachteten Sichtbarkeit und Effizienz festzustellen, ob dies erreicht wurde. Phasenüberempfindlichkeit von NOON-Zuständen mit N. = 2 wurde demonstriert^[9] und Superauflösung, aber nicht Superempfindlichkeit, da der Wirkungsgrad von NOON-Zuständen bis zu niedrig war N. = 4 Photonen wurden auch experimentell gezeigt.^[10]

Geschichte und Terminologie[edit]

NOON-Zustände wurden erstmals von Barry C. Sanders im Zusammenhang mit der Untersuchung der Quantendekohärenz in Schrödinger-Katzenzuständen eingeführt.^[11] Sie wurden im Jahr 2000 unabhängig von Jonathan P. Dowlings Gruppe am JPL wiederentdeckt, die sie als Grundlage für das Konzept der Quantenlithographie einführte.^[12] Der Begriff “NOON-Zustand” erschien erstmals in gedruckter Form als Fußnote in einem von Lee, Kok und Dowling veröffentlichten Artikel über Quantenmetrologie.^[13] wo es N00N geschrieben wurde, mit Nullen anstelle von Os.

Verweise[edit]