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Experimental study of quantum uncertainty from lack of information
npj Quantum Information ( IF 7.6 ) Pub Date : 2022-06-02 , DOI: 10.1038/s41534-022-00572-w
Yuan-Yuan Zhao, Filip Rozpędek, Zhibo Hou, Kang-Da Wu, Guo-Yong Xiang, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo

Quantum uncertainty is a well-known property of quantum mechanics that states the impossibility of predicting measurement outcomes of multiple incompatible observables simultaneously. In contrast, the uncertainty in the classical domain comes from the lack of information about the exact state of the system. One may naturally ask, whether the quantum uncertainty is indeed a fully intrinsic property of the quantum theory, or whether similar to the classical domain lack of knowledge about specific parts of the physical system might be the source of this uncertainty. This question has been addressed in the previous literature where the authors argue that in the entropic formulation of the uncertainty principle that can be illustrated using the so-called, guessing games, indeed such lack of information has a significant contribution to the arising quantum uncertainty. Here we investigate this issue experimentally by implementing the corresponding two-dimensional and three-dimensional guessing games. Our results confirm that within the guessing-game framework, the quantum uncertainty to a large extent relies on the fact that quantum information determining the key properties of the game is stored in the degrees of freedom that remain inaccessible to the guessing party. Moreover, we offer an experimentally compact method to construct the high-dimensional Fourier gate which is a major building block for various tasks in quantum computation, quantum communication, and quantum metrology.



中文翻译:

信息缺失引起的量子不确定性实验研究

量子不确定性是量子力学的一个众所周知的属性,它表明不可能同时预测多个不相容的可观测量的测量结果。相比之下,经典领域的不确定性来自于缺乏关于系统确切状态的信息。人们可能自然会问,量子不确定性是否确实是量子理论的完全固有属性,或者类似于经典领域,缺乏对物理系统特定部分的知识是否可能是这种不确定性的根源。这个问题已经在之前的文献中得到解决,作者认为在不确定性原理的熵公式中,可以使用所谓的猜谜游戏来说明,事实上,这种信息的缺乏对量子不确定性的产生有很大的影响。在这里,我们通过实现相应的二维和三维猜谜游戏来实验研究这个问题。我们的结果证实,在猜谜游戏框架内,量子不确定性在很大程度上取决于决定游戏关键属性的量子信息存储在猜谜方无法访问的自由度中。此外,我们提供了一种实验紧凑的方法来构建高维傅里叶门,这是量子计算、量子通信和量子计量学中各种任务的主要构建块。在这里,我们通过实现相应的二维和三维猜谜游戏来实验研究这个问题。我们的结果证实,在猜谜游戏框架内,量子不确定性在很大程度上取决于决定游戏关键属性的量子信息存储在猜谜方无法访问的自由度中。此外,我们提供了一种实验紧凑的方法来构建高维傅里叶门,这是量子计算、量子通信和量子计量学中各种任务的主要构建块。在这里,我们通过实现相应的二维和三维猜谜游戏来实验研究这个问题。我们的结果证实,在猜谜游戏框架内,量子不确定性在很大程度上取决于决定游戏关键属性的量子信息存储在猜谜方无法访问的自由度中。此外,我们提供了一种实验紧凑的方法来构建高维傅里叶门,这是量子计算、量子通信和量子计量学中各种任务的主要构建块。量子不确定性在很大程度上依赖于这样一个事实,即决定游戏关键属性的量子信息存储在猜测方无法访问的自由度中。此外,我们提供了一种实验紧凑的方法来构建高维傅里叶门,这是量子计算、量子通信和量子计量学中各种任务的主要构建块。量子不确定性在很大程度上依赖于这样一个事实,即决定游戏关键属性的量子信息存储在猜测方无法访问的自由度中。此外,我们提供了一种实验紧凑的方法来构建高维傅里叶门,这是量子计算、量子通信和量子计量学中各种任务的主要构建块。

更新日期:2022-06-02
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