Восстановленная картина квантового состояния по множеству измерений.Квантовый снимок — это восстановленная картина квантового состояния, построенная из множества отдельных измерений. В отличие от классической фотографии, которая фиксирует один момент, квантовое состояние нельзя наблюдать напрямую, не возмущая его. Вместо этого исследователи проводят повторные измерения на одинаково подготовленных системах, каждое из которых дает частичную информацию, а затем объединяют эти части, чтобы восстановить полное квантовое состояние. Этот процесс известен как квантовая томография состояния.
Квантовая томография состояния была введена в 1970-х годах, с ранними теоретическими работами Ульриха Фано и практическими формулировками других исследователей в 1980-х. Термин «томография» был заимствован из медицинской визуализации, отражая идею восстановления целого из множества проекций.
Восстановление основано на измерении системы в различных базисах (например, координата, импульс или спин вдоль разных осей). Каждое измерение дает распределение вероятностей, которое ограничивает возможное состояние. Собирая достаточную статистику по взаимодополняющим базисам, можно решить задачу для матрицы плотности — математического объекта, полностью описывающего квантовое состояние. Результатом является «снимок», который фиксирует как амплитуды, так и фазы компонент состояния.
Квантовые снимки необходимы для проверки квантовых компьютеров и протоколов квантовой связи, где нужно подтвердить, что устройство создает требуемое квантовое состояние.
Квантовый снимок поляризации одиночного фотона требует измерения его по крайней мере в трех различных базисах, но фотон при этом уничтожается, поэтому снимок всегда является статистической реконструкцией, а не прямым изображением.
