Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Superpozycja, koherencja, interferencja i splątanie kwantowe

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 8

23--30

PL

Superpozycja kwantowa jest fundamentalną zasadą mechaniki kwantowej a w informacyjnych technikach kwantowych jest fundamentalną przestrzenią istnienia kubitu, np. dwupoziomowego energetycznie, i jego ogólniejszej formy, wielopoziomowego energetycznie, kuditu. Dwa podstawowe/bazowe/czyste stany kwantowe kubitu mogą być dodane do siebie, nałożone, superponowane, współistnieć jednocześnie i rezultatem jest inny stan kwantowy tego kubitu. Każdy stan kwantowy kubitu może być reprezentowany jako suma dwóch różnych stanów kwantowych. Każdy stan kwantowy kuditu może być reprezentowany jako suma wielu różnych stanów kwantowych. Koherencja jest zasadniczą kategorią aby kubit był w stanie superpozycji. Koherencja kwantowa (i związana z nią interferencja) oraz splątanie są w pewnym sensie wspólnie zakorzenione w zasadzie superpozycji kwantowej. Koherencja i splątanie kwantowe są kategoriami zasobowo i operacyjnie pokrewnymi choć konceptualnie i ideologicznie odmiennymi. Zasobowe ujęcie tych kategorii stosuje wymienne miary ilościowe i jakościowe, pozwalające na analogiczną ocenę możliwości funkcjonalnych kwantowych systemów obliczeniowych i metrologicznych pozostających w stanie superpozycji, poprzez zgromadzone w nich zasoby koherencji i/lub splątania. Superpozycja kwantowa jest rodzajem fundamentu, na którym mierzalne ilościowo i jakościowo zasoby w postaci koherencji i splątania umożliwiają budowę technologii kwantowych i aplikacji. Miar tych zasobów kwantowych, prostszych dla stanów bazowych, bardziej złożonych dla stanów mieszanych, jest wiele określających je z różnych stron funkcjonalnych. Dla kwantowych stanów mieszanych definiowane są także inne miary jak np. niezgoda (discord) kwantowa.

EN

Quantum superposition is a fundamental principle of quantum mechanics, and in quantum information techniques it is the fundamental space for the existence of a qubit, two-level energy quantum system, and its more general form, multi-level energy quantum system, a qudit. Two fundamental / basis / pure quantum states of a qubit can be added together, superposed, coexist simultaneously, and the result is a different quantum state of this qubit. Each quantum state of a qubit can be represented as the sum of two different quantum states. Each qudit quantum state can be represented as the sum of many different quantum states. Coherence is an essential category for a qubit to be in superposition. Quantum coherence (and the associated interference) and entanglement are, in a sense, co-rooted in the principle of quantum superposition. Coherence and quantum entanglement are categories in terms of resources and operationally related, although conceptually and ideologically different. The resource approach to these categories uses interchangeable quantitative and qualitative measures, allowing for an analogous assessment of the functional capabilities of quantum computational and metrological systems remaining in a state of superposition, through the resources of coherence and entanglement stored in them. Quantum superposition is a kind of a basement foundation, on which measurable qualitatively and quantitatively resources like coherence and entanglement enable building quantum technologies and applications. There are numerable measures for these quantum resources, simpler for pure quantum states and more complex for mixed states. These measures see the resources from different functional states. There are defined other measures especially for mixed quantum states like the quantum discord.

2

Nielokalność

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 4

30-36

PL

Nielokalność jest pojęciem najszerszym, wychodzącym także poza obszar kwantowy, odnoszonym do fundamentalnej właściwości Natury. Nielokalność kwantowa jest właściwością obiektów kwantowych we Wszechświecie. Jej obserwacja nie zależy od stosowanego modelu fizycznego obserwowanego eksperymentu. Splątanie kwantowe, gdzie obserwujemy korelacje nielokalne, jest właściwością modelu. Splątanie posiada fundamentalne znaczenie w obecnym rozwoju informacyjnych technologii kwantowych (ITK) i wszystkich ich obszarach, metrologii, komputingu i telekomunikacji. Na tle ogólnego pojęcia nielokalności, omówiono podstawowe właściwości i ograniczenia stanów splątania kubitów. Artykuł jest kolejną częścią edukacyjnej serii na temat dynamicznego rozwoju informacyjnych technologii kwantowych i ich zastosowań. Splątanie staje się obszarem realizacji funkcjonalnych rozwiązań technicznych systemów kwantowych.

EN

Nonlocality is the widest notion embracing also the non-quantum world. Quantum non-locality is a property of the quantum objects in the Universe. Its observation does not depend on the applied physical model of the observed experiment. Quantum entanglement, where we observe non-local correlations, is a property of the model. Entanglement is fundamental to the current development of quantum information technology and all its areas, metrology, computing and telecommunications. The basic properties and confinements of the qubit entanglement states are discussed on the background of a general presentation of the Nonlocality. The article is the next part of an educational series on the dynamic development of IQT and their applications. Entanglement changes to an area of realization of functional technical solutions of quantum systems.

3

Kubit fizyczny

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 3

20--27

PL

Kubit fizyczny, na potrzeby niniejszych rozważań, można zdefiniować jako izolowany obiekt kwantowy o dwóch statystycznie superponowanych stanach kwantowych, który posiada potencjał aplikacyjny (funkcjonalny) jako kubit logiczny. Czas koherencji kubitu fizycznego (czas życia, czas istnienia w stanie superpozycji) musi być odpowiednio długi, aby umożliwić zastosowania praktyczne. Czas życia kubitu w stanie koherencji jest określony przez procesy dekoherencji środowiskowej. Kubit (logiczny) w obszarze kwantowej teorii informacji jest elementarną jednostką informacji kwantowej, analogiem do skalarnego bitu. W odróżnieniu od unormowanej skalarnej wartości bitu 0 lub 1, kubit jest wektorem unormowanym (ale nie w dwuwymiarowej przestrzeni Euklidesa) w dwuwymiarowej przestrzeni Hilberta o bazie ortonormalnej {|0>, |1>}, q=α|0>+β|1>, gdzie α, β są unormowanymi |α²|+|β²|=1 liczbami zespolonymi i statystycznymi amplitudami stanów kwantowych. W notacji Diraca |0>=[1,0], |1>=[0,1]. Pomiar powoduje kolaps koherentnego stanu kwantowego będącego statystyczną superpozycją stanów składowych do stanu dyskretnego z prawdopodobieństwami |α²| dla stanu |0>, i |β²| dla stanu |1>. Tak zdefiniowany logicznie kubit musi być wykonany fizycznie na realizowalnych, stabilnych, dwupoziomowych obiektach kwantowych. Jako kubity fizyczne stosuje się np. cząstki o spinie ½, elektron, polaryzację pojedynczego fotonu, izolowane pojedyncze atomy neutralne i jony, ale także kubity syntetyczne jak kolorowe centra wakancyjne w kryształach, kropki kwantowe, oraz emergencje kwantowe jak kwazicząstki i kwantowe pobudzenia kolektywne np. plazmoniczne.

EN

The physical qubit, for the purposes of these considerations, can be defined as an isolated quantum object with two statistically superposed quantum states, which has an application (functional) potential as a logical qubit. The coherence time of the physical qubit (lifetime, lifetime in superposition) must be long enough to allow for practical applications. The lifetime of a qubit in a coherence state is determined by the processes of environmental decoherence. The (logical) qubit in the field of quantum information theory is an elementary unit of quantum information, analogous to a scalar bit. Unlike a normalized scalar bit value of 0 or 1, a qubit is a normed vector (but not in a two-dimensional Euclid space), in a two-dimensional Hilbert space with an orthonormal basis {|0>,|1>}, q = α | 0> + β | 1>, where α, β are normalized |α²|+|β²|=1 complex numbers and statistical amplitudes of quantum states. In Dirac notation, |0>=[1,0], |1>=[0,1]. The measurement causes a collapse of a coherent quantum state which is a statistical superposition of the component states to the discrete state with the probabilities |α²| for the state |0>, and |β²| for state |1>. Such a logically defined qubit must be physically realized on stable, two-level quantum objects. Physical qubits are e.g. spin ½ particles, electrons, single photon polarization, isolated neutral atoms, and ions, but also synthetic qubits such as coloured vacancy centres in crystals, quantum dots, and quantum emergencies such as quasiparticles and quantum collective stimulations, e.g. plasmonic.

4

Dekoherencja kwantowa

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 10

18--25

PL

Artykuł jest kolejną częścią dydaktycznego cyklu swobodnych popularnych esejów na temat informacyjnych technologii kwantowych. Cykl tematyczny ITK został rozpoczęty w styczniowym zeszycie Elektroniki 1/2021 i pokrywał się z prowadzonymi przez autora wykładami dla doktorantów na ten temat na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej. Dekoherencja kwantowa jest nietrywialnym i złożonym procesem przejścia przez niedokładnie znaną granicę między światami kwantowym i klasycznym. Niedokładność wiedzy o tej granicy dotyczy jej położenia, rozmycia w kwantowej i klasycznej przestrzeniach fazowych, wymiarów obszaru przejściowego, właściwości fizycznych, zakresu obowiązywania praw obu światów w pobliżu tej granicy, różnorodności kanałów przechodzenia granicy, zadziwiającej selektywności i wybiórczości (nazywanej superselekcją/nadwyborem) dekoherencyjnych sprzężeń różnych stanów obiektu kwantowego (tutaj kubitu) z przestrzenią termodynamiczną, itp. Ta granica musi pozostać rozmyta, bo prawa prawdopodobieństwa i znajomość stanów są różne po obu jej stronach. Kubit przechodząc proces dekoherencji podlega wymienionym zjawiskom w obszarze granicznym zależnie od właściwości kanałów dekoherencji które go dotyczą. Ogólnie kanały dekoherencji są związane z nieuchronnym sprzężeniem kubitu ze światem makroskopowym, nazywanym tutaj klasycznym lub przestrzenią termodynamiczną. Kanałami dekoherencji są zakłócenia i szumy kwantowe. W komputingu kwantowym stan kubitu mierzymy po wykonaniu cyklu obliczeń kwantowych. Sprzęt pomiarowy i proces pomiaru są kanałami dekoherencji. Pomiar jest procesem gwałtownym i nieodwracalnym transformującym kwantowy kubit do świata klasycznego. W czasie obliczeń może dochodzić do częściowej dekoherencji stanu kubitu. Może to być proces odwracalny metodami kwantowymi.

EN

This article is the next part of a didactic series of popular essays on quantum information technology. The QIT thematic cycle was started in the January issue of Electronics monthly Journal and coincided with the author’s lectures on this topic for PhD students at the Faculty of Electronics and Information Technology of the Warsaw University of Technology. Quantum decoherence is a non-trivial and complex process of passing through an inaccurately known boundary between the quantum and classical worlds. The inaccuracy of knowledge about this border concerns its location, blurring in quantum and classical phase spaces, dimensions of the transition region, physical properties, the scope of the laws of both worlds near this border, the diversity of the border crossing channels, astonishing selectivity of decoherence couplings (superselection) between different quantum states of quantum object (qubit) with thermodynamic space, etc. This border must remain blurred and fuzzy because the laws of probability and knowledge of the states are different on both sides. The qubit undergoing the process of decoherence is subject to the above-mentioned phenomena in the border area depending on the properties of the decoherence channels that concern it. Generally, the decoherence channels are associated with the inevitable coupling of the qubit with the macroscopic world, hereinafter referred to as the classical, macroscopic, or thermodynamic space. The channels of decoherence are interference and quantum noise. In quantum computing, the state of a qubit is measured after the cycle of quantum computations. The measurement equipment and the measurement process are channels of decoherence. Measurement is a violent and irreversible process transferring the qubit to the classical world. During the calculations, there may be a partial decoherence of the qubit state. It could be a process that can be reversed by quantum methods.

5

On some specific cases of quantum state in testing its separability

Ryszawa P. A.

Computer Science and Mathematical Modelling

|

2018

|

No. 8

41--46

EN

This paper shows a simple computational scheme for determining whether a particular quantum state in a specific form is separable across two given sets of qubits. That is, given a set of qubits partitioned into two, it answers the question: does the original state have a separable form as a tensor product of some two other states, which are set up of the two given subsets of qubits?

PL

Niniejszy artykuł prezentuje prosty algorytm obliczeniowy na określanie, czy dany stan kwantowy, w pewnej szczególnej postaci, jest rozkładalny wg zadanego podziału zbioru kubitów na dwie części. Tak więc, mając podzielony zbiór kubitów na dwa, odpowiadamy na pytanie: czy oryginalny stan kwantowy ma postać rozkładalną jako iloczyn tensorowy pewnych dwóch innych stanów kwantowych, które zostały utworzone w oparciu o kubity z każdego z dwóch w/w podzbiorów?

6

Modelling quantum register disentanglement

Ryszawa P. A.

Computer Science and Mathematical Modelling

|

2018

|

No. 7

31--44

EN

Implementing quantum-inspired algorithms on classical computers suffers trade-off between the necessity of saving operational memory and the amount of memory necessary to fully represent a quantum state with possible entanglement. The latter is well known to consume the memory exponentially in the number of qubits. This paper sketches out the idea on how to reduce significantly the amount of necessary memory while distorting the entanglement moderately or not at all. At present, considered are real nonnegative probability amplitudes.

PL

Implementacja kwantowo-inspirowanych algorytmów na komputerach klasycznych musi godzić sprzeczność pomiędzy koniecznością oszczędzania pamięci operacyjnej a ilością pamięci potrzebnej na reprezentację stanu kwantowego z potencjalnym splątaniem. Wiadomo, że to ostatnie pochłania zasoby pamięciowe w ilości wykładniczej wraz ze wzrostem liczby kubitów. Niniejszy artykuł zarysowuje ideę istotnej redukcji potrzebnych zasobów pamięciowych, zniekształcającej przy tym reprezentację oryginalnego stanu tylko nieznacznie lub wcale. W chwili obecnej, rozważane są nieujemne rzeczywiste amplitudy prawdopodobieństwa.

7

Entangling qubit with the rest of the world – the monogamy principle in action

Gielerak R.

Studia Informatica

|

2017

|

Vol. 38, nr 3

33--43

EN

A simple derivation of the finite Schmidt decomposition of the pure states describing finite dimensional systems interacting with the infinite dimensional one is presented. In particular, maximally entangled pure states in such systems are being characterized.

PL

Zaprezentowano proste wyprowadzenie skończonego rozkładu Schmidta stanów czystych opisujących odziaływanie skończenie wymiarowych układów kwantowych z układami nieskończenie wymiarowymi. W szczególności zostały scharakteryzowane stany czyste, maksymalnie splątane w takich układach.

8

Approximation of separable numerical range using simulated annealing

Gawron P., Sadowski P.

Theoretical and Applied Informatics

|

2014

|

Vol. 26, No. 3-4

149--158

EN

In this work we provide a method for approximating the separable numerical range of a matrix. We also recall the connection between restricted numerical range and entanglement of a quantum state. We show the possibility to establish state separability using computed restricted numerical range. In particular we present a method to obtain separability criteria for arbitrary system partition with use of the separable numerical range.

PL

W pracy przedstawiamy metodę przybliżania separowalnego obrazu numerycznego macierzy. Przybliżamy również związek pomiędzy ograniczonymi obrazami numerycznymi macierzy oraz splataniem stanów kwantowych. Wskazujemy możliwość zbadania separowalności stanu używając wyliczonego ograniczonego obrazu numerycznego. W szczególności przedstawiamy metodę uzyskania kryterium separowalności, dla dowolnego podziału układów kwantowych, używając separowalnego obrazu numerycznego.

9

Teorie kwantowe jako podstawa nowoczesnej kryptografii

Sobota M.

Zeszyty Naukowe. Organizacja i Zarządzanie / Politechnika Śląska

|

2012

|

z. 61

277--283

PL

Artykuł przedstawia kilka fundamentalnych praw oraz twierdzeń mechaniki kwantowej stanowiących podstawę kryptografii kwantowej.

EN

This paper presents some fundamental rights and theorems of quantum mechanics stands base of quantum cryptography.

10

Upiorne oddziaływanie na odległość

Pabjan T.

Postępy Fizyki

|

2009

|

T. 60, z. 4

166-169

PL

Jedną z najbardziej niezwykłych własności obiektów kwantowych jest ich nielokalność, określana również mianem nieseparowalności lub splątania kwantowego. Własność ta decyduje o tym, że obiekty kwantowe wydają się nie posiadać czasoprzestrzennej lokalizacji i niezależnie od dzielących je odległości, zachowują się tak, jak gdyby stanowiły jedną niepodzielną całość, w której informacja pomiędzy poszczególnymi elementami układu przekazywana jest w sposób natychmiastowy. Podstawowym celem artykułu jest przybliżenie i wyjaśnienie tego pojęcia - przede wszystkim w historycznym kontekście sporu o interpretację mechaniki kwantowej oraz twierdzenia Bella z roku 1964.

EN

One of the most extraordinary features of quantum objects is their nonlocality, which is also described by such terms as nonseparability or quantum entanglement. This feature means that quantum objects do not seem to possess any spatiotemporal localization and, regardless of their remoteness, they act as they were single indivisible entities, in which the information between the particular constituents of the system is transmitted immediately. The primary purpose of the paper is to bring closer and to explain this notion - especially in the historical context of the dispute about interpretation of quantum mechanics as well as of the Bell theorem of 1964.

11

Różne oblicza splątania kwantowego

Horodecki R.

Postępy Fizyki

|

2009

|

T. 60, z. 2

50-54

EN

We present one of the greatest intellectual adventures: the discovery and investigation of a new resource of Nature. It is responsible for its subtle organization on fundamental level. The resource called quantum entanglement is extraordinarily sensitive to environmental perturbations. It is the ,"fuel" for many fascinating effects including quantum teleportation and quantum cryptography and is a key element of quantum computer theory. We outline, in rather popular form, the methods of detection of entanglement and various faces of its intrinsic structure, which still offers new phenomena not only on the quantum but sometimes also on the classical level of physical reality.

12

Czy mechanika kwantowa zagraża szczególnej teorii względności?

Sokołowski L. M.

Postępy Fizyki

|

2009

|

T. 60, z. 4

159-185

PL

Ostatnio pojawiły się sugestie, iż eksperymenty z cząstkami kwantowymi w stanach splątanych mogą wymusić znaczące zmiany szczególnej teorii względności. Tutaj rozpatruję tę kwestię z punktu widzenia relatywisty. Właściwa STW obejmuje twierdzenia geometryczne o czasoprzestrzeni Minkowskiego i nie wyklucza rozmaitych zjawisk biegnących z ponadświetlnymi prędkościami, których dopatrzeć się można w procesach kwantowych. Sama konstrukcja jakiejkolwiek czasoprzestrzeni wymaga ciał klasycznych, czyli agregatów kwantowej materii w stanach bliskich klasycznym. Ciała klasyczne są konieczne również w mechanice kwantowej, gdyż wymaga ona dualizmu: obiekt kwantowy - klasyczny przyrząd pomiarowy. STW opiera się na pomiarach na cząstkach kwantowych w stanach prawie klasycznych, z czego wynika, że fizyka cząstek elementarnych wymaga czasoprzestrzennej sceny o geometrii Minkowskiego i stany splątane nie mogą tej sceny naruszyć. Tym niemniej, w pełni relatywistyczny opis wielu procesów kwantowych napotyka poważne trudności. Są one wyraźnym sygnałem, że nasze pojmowanie teorii kwantów jest wciąż dalece niekompletne i teorię tę trzeba znacząco rozwinąć.

EN

Recently there appeared some suggestions that highly sophisticated quantum mechanical experiments involving entangled states might be a threat to special relativity and ultimately enforce deep modifications of the theory. Here we attempt to shed some light on the problem from the relativist's viewpoint. We emphasize what special relativity proper is: it consists of physically interpreted theorems concerning geometry of Minkowski spacetime and as such is compatible with a wide class of phenomena propagating at superluminal velocities. The very construction of a spacetime (Galilei or Minkowski) requires classical objects being quantum matter in quasi-classical states. These quasi-classical states are essential also for quantum mechanics, as is expressed in the dualism of the quantum object versus the classical measuring device. Special relativity is based on effects involving elementary particles and this shows that the quantum world necessitates Minkowski spacetime as the background, hence special relativity is robust. On the other hand a fully relativistic description of many quantum mechanical processes encounters a number of difficulties indicating that the current comprehension and interpretation of quantum theory is still incomplete and needs far reaching development.

13

Splątanie kwantowe: współczesna perspektywa

Terhal B. M., Wolf M. M., Doherty A. C.

Postępy Fizyki

|

2005

|

T. 56, z. 2

75-82

EN

It's not your grandfather's quantum mechanics. Today, researches treat entanglement as a physical resource: quantum information can now be measured, mixed, distilled, concentrated, and diluted.

14

II Sympozjum sieci LFPPI [Ze zjazdów i konferencji]

Ostrowski M.

Postępy Fizyki

|

2004

|

T. 55, z. 1

42-43