Tính toán lượng tử/Đo lường không tương tác

Mặc dù việc đo lường, trong cơ học lượng tử, khiến cho một hệ vật lý có thể bị sụp về trạng thái riêng của toán tử đo, tuy nhiên, nếu hệ đã nằm trong trạng thái riêng, có thể thực hiện việc đo mà có xác suất là không xảy ra tương tác nào với hệ vật lý đang xét.

Xét bài toán của một công ty chế tạo các hạt nhạy sáng, dùng trong nhiếp ảnh. Các hạt này có thể ở một trong hai trạng thái. Trạng thái "sống" là nếu gặp ánh sáng thì sẽ hấp thụ ánh sáng và chuyển thành trạng thái còn lại. Trạng thái còn lại là "chết" và không tương tác với ánh sáng nữa. Công ty này muốn tìm cách đo xem trong các hạt đang có, có bao nhiêu hạt "sống" và bao nhiêu hạt "chết". Khó khăn của việc này là phép đo không được gây ra tương tác giữa ánh sáng với hạt, vì có thể khiến cho các hạt "sống" bị chuyển thành hạt "chết".

Elitzur-Vaidman

Phương pháp đo có xác suất không tương tác của Elitzur & Vaidman, hoạt động với hạt "sống".

Phương pháp đo có xác suất không tương tác của Elitzur & Vaidman, hoạt động với hạt "chết".

Năm 1993, Elitzur và Vaidman đã đề xuất một phương án đo mà trong đó có xác suất xác định được trạng thái của hạt mà không tương tác với hạt Thí nghiệm thực tế thực hiện phương án này đã được triển khai thành công vào năm 1994 bởi Anton Zeilinger, Paul Kwiat, Harald Weinfurter, Thomas Herzog và Mark A. Kasevich..

Thí nghiệm được bố trí như ở hai hình hai bên. Nguồn sáng phát ra chỉ một photon.

Nếu hạt "chết", hình bên trái, thì máy đo D1 có xác suất nhận được photon là 100%, còn máy đo D2 có xác suất nhận được photon là 0%.

Nếu hạt "sống", hình bên phải, thì có 50% khả năng photon gặp phải hạt và bị hấp thụ, hạt bị chuyển thành "chết" và cả máy đo D1 và máy đo D2 đều không nhận được photon. Có 25% khả năng D1 nhận được photon, còn D2 không nhận được photon, tình huống này không giúp xác định được trạng thái của hạt, dù hạt không bị tương tác, vì kết quả đo không phân biệt với tình huống hạt "chết" ở trên. 25% còn lại là D1 không nhận được photon, còn D2 nhận được photon, tình huống này cho phép xác định hạt là "sống" đồng thời hạt không bị tương tác.

Kwait

Phương pháp đo không tương tác của Kwait, hạt "sống".

Phương pháp đo không tương tác của Kwait, hạt "chết".

Năm 1995, Paul Kwiat đề xuất một phương án đo khác mà xác suất để xác định được trạng thái của hạt đồng thời không tương tác với hạt có thể được tăng lên gần với 100% .

Thí nghiệm được bố trí như ở hai hình hai bên. Nguồn sáng phát ra chỉ một photon.

Nếu hạt "chết", hình bên trái, thì 100% xác suất photon quay trở về phía máy đo là bị phân cực vuông góc với phương ban đầu, không lọt qua được kính phân cực, dẫn đến việc máy đo không nhận được photon.

Nếu hạt "sống", hình bên phải, thì có xác suất $(\cos(2\theta )^{n+2})^{2}$ mà photon quay trở về phía máy đo, lọt qua được kính phân cực, do đó giúp phân biệt rõ hạt "sống" (so với trường hợp hạt "chết" nêu trên) mà hạt vẫn không bị tương tác. Ở đây $\theta$ là góc quay mặt phẳng phân cực của hai kính quay phân cực đặt hai bên gương bật tắt, $n={\frac {\pi }{2\theta }}-1$ là số lần photon đi qua gương bán mạ. Có thể đặt $\theta$ nhỏ tùy ý để $(\cos(2\theta )^{n+2})^{2}$ tiến đến 100%.

---