Un chat quantique de 120 photons express
Le chat quantique — un état de la lumière proposé par Schrödinger : les photons se comportent comme une pièce en rotation, visible à la fois sur pile et sur face. Des physiciens ont créé une telle « pièce » à partir de 120 photons filant à la vitesse de la lumière dans un piège à lumière. En général, un grand système s'effondre rapidement en une seule variante en raison de l'augmentation du désordre (entropie).
La solution s'est avérée élégante : un interrupteur quantique (qubit) a été couplé à la lumière et une astuce mathématique a été appliquée, qui maintient naturellement l'équilibre. Même avec du bruit, la précision a dépassé 96 %, et sans bruit, la méthode est impeccable. Étonnamment, le record précédent — 40 photons — a été triplé. De si grands chats aideront à sonder la frontière entre les merveilles quantiques et le monde familier, et serviront également de capteurs ultra-sensibles et de base pour des ordinateurs quantiques infaillibles, en s'appuyant sur les travaux de von Neumann. L'évaluation de la dualité est fournie par une technique spéciale inventée par Wigner.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2606.03293
Large-size cat states are especially meaningful and fundamental for exploring the quantum-to-classical transition, as well as promising resources for quantum metrology and fault-tolerant quantum computation. However, amplifying the magnitude of cat states remains challenging because of the growing fragility under decoherence. We propose to generate large cat states by using the dynamical invariant of hybrid qubit-bosonic systems under Hermitian or non-Hermitian time-dependent Hamiltonian. It is a study with the universal quantum control (UQC) theory, in which the system dynamics is analyzed in the ancillary picture via a unitary transformation conditional on the qubit state. The controllable dynamics that can be encoded in the evolution of the dynamical invariant is presented by the Heisenberg equation, which imposes constrains on the Hamiltonian. When the qubit is prepared in a balanced superposed state, the bosonic mode can evolve deterministically from the vacuum state to the cat state of a mean photon number over $$120$$. In the Hermitian case, the generation is perfect; and in the non-Hermitian case, the fidelity is over $$0.962$$. Our protocol can also be applied to the generation of the intrinsic cat states and the four-component cat states of large size. Through the preparation of macroscopic quantum states, our work essentially advances UQC to hybrid discrete-continuous variable systems.
Le record précédent pour la lumière chat était d'environ 40 photons. Le nouveau résultat triple ce nombre.
Dans le roman « Le Voleur quantique » de Hannu Rajaniemi, des états quantiques sont utilisés pour stocker la personnalité — de grands états chats pourraient être un pas vers une telle exotique.