De kat van Schrödinger is een gedachte-experiment dat is ontworpen om kwantumsuperpositie en kwantummeting te verklaren, de kernkenmerken van de kwantumfysica. In dit experiment kan de kat in de doos tegelijkertijd zowel levend als dood zijn (kwantumsuperpositie), en de toestand (dood of levend) wordt bepaald op het moment dat de doos wordt geopend (gemeten). Dergelijke kwantumsuperpositie en -meting vormen niet alleen de basis van de kwantumfysica, maar garanderen ook de veiligheid van kwantumcomputing en cryptografie.

Het onderzoeksteam, bestaande uit Drs. Seongjin Hong, Hyang-Tag Lim en Seung-Woo Lee van het Center for Quantum Information van het Korea Institute of Science and Technology (KIST, president Seok Jin Yoon), hebben de relatie tussen informatiebehoud voor de eerste keer in kwantummeting afgeleid en geverifieerd . Dit versterkt de veiligheid van kwantuminformatietechnologieën, zelfs in het zwakke kwantummeetgebied.

Het openen van de doos (kwantummeting) waarin de kat wordt ondergebracht om informatie te verkrijgen over of hij dood of levend is, verandert de aanvankelijke toestand waarin de kat zowel dood als levend is (kwantumsuperpositie) in gewoon dood of levend zijn. Met andere woorden, de kat is dood vanaf het moment dat we de informatie krijgen dat hij 'dood is', of leeft zodra we de informatie krijgen dat hij 'dood is'. Vanwege de onomkeerbaarheid van kwantummetingen kan de toestand van de kat niet worden teruggedraaid.

Wat zou er echter zijn gebeurd als de meting niet volledig was gedaan, d.w.z. als de doos een klein beetje was geopend om alleen de staart van de kat te onthullen? Deze gebeurtenis wordt zwakke meting genoemd in de kwantummechanica. In dit geval kan geen volledige informatie over de toestand van de kat worden verkregen en kan de toestand van de kat worden teruggezet naar de oorspronkelijke toestand met behulp van meetomkering. Daarom was het een uitdaging in de kwantumfysica en ook een belangrijke taak om de veiligheid van kwantumtechnologie te waarborgen.

Het onderzoeksteam heeft theoretisch een informatiebehoudrelatie afgeleid, rekening houdend met de omkeerwaarschijnlijkheid samen met de bestaande relaties van informatiewinst en toestandsverstoring. Deze relatie tussen informatiebehoud is experimenteel geverifieerd met behulp van lineaire optische elementen zoals golfplaten en polarisatoren om zwakke metingen en "omkeerbewerkingen" te implementeren en door ze toe te passen op een driedimensionale kwantumtoestand die wordt gerealiseerd door een enkel foton. Deze relatie met informatiebehoud laat zien dat het verkrijgen van meer informatie over een kwantumtoestand door de intensiteit van de meting te verhogen, de kwantumtoestand meer verstoort. Tegelijkertijd wordt ook aangetoond dat de kans om de verstoorde toestand terug te brengen naar de oorspronkelijke toestand voordat zwakke meting optreedt, kleiner wordt. Houd er rekening mee dat als het mogelijk zou zijn om een ​​verstoorde kwantumtoestand terug te brengen naar de oorspronkelijke toestand, de veiligheid van kwantumcryptografie mogelijk niet gegarandeerd is.

Drs. Hong en Lim, die het experiment van deze studie leidden, en Dr. Lee, die de theorie leidde, zeggen dat "dit het resultaat is van het perfect vaststellen dat kwantumtechnologie in principe veilig is door te bewijzen dat de totale hoeveelheid informatie van een kwantum toestand kan zelfs door metingen niet worden verhoogd. We verwachten dat dit zal worden toegepast als een optimalisatietechnologie voor kwantumcomputing, kwantumcryptografie en kwantumteleportatie."

Het onderzoek is gepubliceerd in Physical Review Letters . + Verder verkennen

Studie herdefinieert welke informatie belangrijk is bij kwantummetingen