論文の概要: Demonstration of universal time-reversal for quantum processes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.01122v1
• Date: Mon, 2 May 2022 18:00:04 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-14 20:32:43.388674
• Title: Demonstration of universal time-reversal for quantum processes
• Title（参考訳）: 量子プロセスのための普遍的時間反転の実証
• Authors: Peter Schiansky, Teodor Str\"omberg, David Trillo, Valeria Saggio, Ben Dive, Miguel Navascu\'es, Philip Walther
• Abstract要約: 量子物理学は、決定論的普遍的時間反転を可能にすることを示す。 偏極状態の離散時間進化を95%以上の平均状態忠実度で再現し,本プロトコルを実証する。 我々のプロトコルは、量子過程の知識を必要とせず、実行時に最適である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Although the laws of classical physics are deterministic, thermodynamics gives rise to an arrow of time through irreversible processes. In quantum mechanics the unitary nature of the time evolution makes it intrinsically reversible, however the question of how to revert an unknown time evolution nevertheless remains. Remarkably, there have been several recent demonstrations of protocols for reverting unknown unitaries in scenarios where even the interactions with the target system are unknown. The practical use of these universal rewinding protocols is limited by their probabilistic nature, raising the fundamental question of whether time-reversal could be performed deterministically. Here we show that quantum physics indeed allows for deterministic universal time-reversal by exploiting the non-commuting nature of quantum operators, and demonstrate a recursive protocol for two-level quantum systems with an arbitrarily high probability of success. Using a photonic platform we demonstrate our protocol, reverting the discrete time evolution of a polarization state with an average state fidelity of over 95%. Our protocol, requiring no knowledge of the quantum process to be rewound, is optimal in its running time, and brings quantum rewinding into a regime of practical relevance.
• Abstract（参考訳）: 古典物理学の法則は決定論的であるが、熱力学は不可逆過程を通じて時間の矢印を生み出す。 量子力学において、時間進化のユニタリな性質は本質的には可逆的であるが、未知の時間進化を戻す方法に関する問題はまだ残っている。 驚くべきことに、ターゲットシステムとのインタラクションが不明なシナリオにおいて、未知のユニタリを復元するためのプロトコルの最近のいくつかの実証がある。 これらの普遍的な巻き戻しプロトコルの実用化は、その確率論的性質によって制限され、時間反転が決定論的に実行可能であるかどうかという根本的な問題を引き起こす。 ここで量子物理学は、量子作用素の非可換な性質を利用して決定論的普遍的時間反転を可能にし、任意に高い成功確率を持つ2レベル量子システムに対する再帰的プロトコルを示す。 フォトニックプラットフォームを用いて、偏光状態の離散時間進化を95%以上の平均状態忠実度で再現し、我々のプロトコルを実証する。 我々のプロトコルは、量子プロセスに関する知識を必要とせず、その実行時間に最適であり、量子再巻き戻しを実用的な妥当性の仕組みにもたらします。

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