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.A scalable approach to distill quantum features from higher-dimensional entanglement
고차원 얽힘에서 양자 특징을 추출하는 확장 가능한 접근 방식
Ingrid Fadelli, Phys.org 작성 출처: Fang et al.
양자 기술의 작동은 양자 상태, 특히 얽힘의 신뢰성 있는 실현과 제어에 의존합니다. 양자 물리학의 맥락에서 얽힘은 입자들 사이의 연결을 수반하는데, 이는 두 입자가 서로 멀리 떨어져 있더라도 한 입자를 측정하면 다른 입자의 측정 결과가 결정되는 현상을 의미하며, 이는 직관적인 설명이 불가능한 방식입니다. 신뢰할 수 있는 양자 기술 개발의 핵심 과제는 얽힘 상태가 잡음(즉, 환경과의 무작위적인 상호작용)에 매우 취약하다는 것입니다. 이러한 잡음과의 상호작용은 원하는 양자 상태에 부정적인 영향을 미쳐 결국 양자 기술의 성능을 저하시킬 수 있습니다.
최근 중국 산둥대학과 대만 국립정궁대학의 연구진은 고차원 얽힘 상태에서 숨겨진 양자 상관관계를 실험적으로 복구하는 핵심 단계를 구현했습니다. Physical Review Letters 에 게재된 논문 에 설명된 이 방법은 소위 단일 복사 로컬 필터링(ScLF) 작업의 구현을 수반합니다. 논문의 공동 선임 저자인 허 루는 Phys.org에 "양자 얽힘의 준비와 조작은 항상 불완전하기 때문에 양자 처리 정보 작업에서의 성능이 저하됩니다."라고 말했습니다.
"기존의 증류 프로토콜은 다중 사본 잡음 상태에서 최소 하나의 최대 얽힘 사본을 반환할 것을 약속하지만, 집단 조작에 필요한 강력한 광자-광자 상호작용이 여전히 어렵기 때문에 광자 시스템에는 '친화적'이지 않습니다." 지난 수십 년 동안 물리학자들은 얽힘 현상을 증류하기 위한 다양한 프로토콜을 개발해 왔지만, 기존 프로토콜 대부분은 광자(즉, 빛의 입자)로 구성된 양자 시스템 에서 구현하기 어렵습니다 .
따라서 광자 시스템에서 구현하기 더 쉬운 증류 접근법의 개발은 양자 물리학 연구에 정보를 제공하고 양자 기술을 향상시킬 수 있으므로 매우 유익할 수 있습니다. "단일 사본 증류라는 아이디어는 2019년 량 박사를 만나 'ScLF 작동으로 순간이동 능력을 활성화하는 것'에 대한 생각을 공유했을 때 떠올랐습니다."라고 루 박사는 말했다.
"이것이 제가 찾던 구현하기 쉬운 증류 프로토콜이라는 것을 금세 깨달았고, 자연스럽게 협업으로 이어졌습니다." 루와 그의 동료들이 최근 수행한 연구의 첫 번째 목적은 ScLF를 사용하여 원래는 베르너 상태라고 알려진 혼합 양자 상태의 종류에 존재하지 않았던 양자적 특징, 특히 비국소성(얽힌 입자의 동작 간 상관관계를 뒷받침하는 특징)을 관찰하는 것이었습니다. 또한 연구진은 이 기술이 기존의 얽힘 증류 방식보다 광학 시스템에 구현하기 쉽고 확장 가능하다는 것을 보여주고 싶어했습니다.
논문의 공동 수석 저자인 영-청 량은 Phys.org에 "이번 연구는 ScLF를 이용한 순간이동 능력을 회복하는 것을 목표로 하는 기존 협업의 자연스러운 연장선입니다."라고 말했습니다. "그곳에서 남은 의문은 왜 다른 ScLF보다 큐비트 투영을 선호해야 하는가였습니다. 이는 고차원 베르너 상태를 도출해냈습니다. 이는 양자 기초와 얽힘 증류에서 널리 논의되는 양자 상태군이지만, 그 비국소성은 아직 증명되지 않았습니다. 우리는 이 도전을 받아들이기로 했고, 그렇게 시작되었습니다!"
연구진은 양자성 정제를 위한 ScLF 기반 접근법의 잠재력을 입증하기 위해, 각 양자 단위(큐트릿)가 세 가지 상태의 중첩으로 존재할 수 있는 두 개의 큐트릿 광자 시스템을 이용하여 일련의 실험을 수행했습니다. 연구진은 광자 쌍의 자유도(DoF)로 인코딩된 3차원 베르너 상태를 특별히 제작했습니다.
"이를 위해 먼저 편광 DoF로 인코딩된 2큐비트 베르너 상태를 준비한 다음, 빔 디스플레이서와 파장판 배열을 사용하여 양자 정보를 경로 DoF로 변환했습니다."라고 루는 설명했습니다. "ScLF는 매우 간단합니다. 세 경로 중 하나만 차단하면 됩니다." 루, 리앙, 그리고 그들의 동료들은 또한 이론적 틀을 사용하여 실험에서 양자 상관관계를 추출하는 데 있어 그들의 기술이 효과적임을 확인했습니다. 그들의 분석 결과, 실험의 불완전성에도 불구하고, 구현된 ScLF는 그들이 준비한 상태를 예상대로 변환하여 이전에는 감춰져 있던 양자적 특징을 관찰할 수 있었습니다.
량은 "이를 위해 우리는 실험적으로 '재구성된' 상태를 다양한 기준에 따라 검토했으며, 어떤 경우에는 우리의 주장을 강화하기 위해 수치적 최적화도 수행했습니다."라고 말했습니다. 이 연구팀의 최근 연구는 잡음이 많은 상호작용으로부터 유용한 양자 특성을 추출하는 데 필요한 실험적 복잡성을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대됩니다. 특히, 실험과 이론적 분석을 통해 제안된 증류 접근법이 확장 가능하며 고차원 양자 시스템에도 적용될 수 있음을 입증했습니다. 량은 "저에게 가장 흥미로운 순간 중 하나는 포페스쿠 의 연구에 암묵적으로 제시된 베르너 상태의 큐비트 분해를 재발견한 것입니다 ."라고 말했습니다.
"이 연구는 우리를 이 연구로 이끈 질문, 즉 왜 다른 ScLF보다 큐비트 투영을 선호해야 하는지에 대한 답을 제시했을 뿐만 아니라, 실험적 증명을 수행할 가능성을 열어주었습니다. 성과로 꼽자면, 포페스쿠가 고차원 베르너 상태의 비국소성을 처음 발견한 지 30년 만에 최초로 원리 증명 실험으로 검증한 것을 꼽겠습니다." 허, 량, 그리고 동료들이 주창하는 증류에 대한 새로운 해석은 곧 다른 고차원 양자 시스템의 양자성을 증류하여 그 잠재력을 더욱 검증하는 데 활용될 수 있을 것입니다.
연구팀의 연구 결과는 얽힘 현상이 잡음으로부터 철저히 "정화"되어야만 유용해질 수 있다는 기존 견해에 이의를 제기하는 만큼, 흥미로운 이론적 함의를 가질 수 있습니다. 국립정쿵대학의 이론물리학자이자 양자기술전선센터(QFort) 부소장 인 량은 다음 연구에서 베르너 상태에서 진정한 양자 특징을 추출하기 위해 훨씬 더 효율적인 단일 복사 증류 기반 프로토콜을 고안하거나 현재 프로토콜이 이미 최적임을 증명할 계획입니다.
반면, 샤둥 대학의 루와 그의 동료들은 더 많은 차원의 양자 상태에서 새로운 증류 프로토콜의 구현을 곧 시연할 수 있기를 바라고 있습니다. 루는 "이 연구에서 우리는 3차원 양자 상태에서의 단일 복사 증류를 시연했습니다."라고 덧붙였다. "저는 더 고차원적인 상태를 탐구하고 싶습니다. 하지만 이러한 경우에 벌크 광학을 사용하여 저희 방안을 구현하는 것은 상당히 어려워 보입니다. 하지만 집적 광학의 급속한 발전은 이러한 시연을 위한 유망한 플랫폼을 제공합니다."
추가 정보: Xiao-Xu Fang 외, 고차원 얽힘으로부터 양자성의 실험적 단일 사본 증류, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.150201 . arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2410.06610 저널 정보: Physical Review Letters , arXiv
https://phys.org/news/2025-05-scalable-approach-distill-quantum-features.html
메모 2505090110_소스1.분석중【】
양자 얽힘의 실체는 보기2. 모드에서 보여준다.
_[4,4-1】양자얽힘을 이해하는 방식을 qms.qvix.qcell 모드로 보면 매우 쉽다. 이것은 원리증명 실험으로 매우 간단하다.
양자얽힘의 비국소성 msbase를 국소성 분포단위 qpeoms로 매우 자연스럽게 bancing 시키면 된다. 그결과는 놀라운 고중첩 거대 복소수(*nk2.p) 고차원 비국소점 큐비트가 보기2. 업모드에서 나타난다.
이는 잡음을 제거(정화)할 필요가 있는,
1-1.
신뢰할 수 있는 양자 기술 개발의 핵심 과제는 얽힘 상태가 잡음(즉, 환경과의 무작위적인 상호작용)에 매우 취약하다는 것이다. 이러한 잡음과의 상호작용은 원하는 양자 상태에 부정적인 영향을 미쳐 결국 양자 기술의 성능을 저하시킬 수 있다.
이처럼 무작위 광자.1대 광자.1간 엄청난 양자컴퓨팅 매카니즘의 설계,시설,장치제작 수고 과정 자체가 없이 원리증명이 개념적 실험으로 자연스럽게 11111...=n, 복소수계 단위 qcell(2,3,4...100억이든 1000조이든 무한대 유한수의 거대소수 속성?) 단일 복사 로컬 필터링(ScLF).nqcell로 나타난다. 어허.
이는 광자 시스템에서 구현하기 매우 쉬운 증류 프로토콜 접근법이다. 으음.
보기2. 광자1:광자1간 무작위 양자군 분포도
sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001
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