کیوبیت، یکای اطلاعات کوانتومی و متناظرِ بیت در سامانه‌های کلاسیک است. کیوبیت، یک سامانه‌ی کوانتومی دو-حالتی است؛ مانند قطبش عمودی و افقی یک فوتون. در سامانه‌های کلاسیک، یک بیت می‌تواند در هر لحظه یکی از دو حالت ممکن را اختیار کند؛ ولی کیوبیت علاوه بر آن، می‌تواند در برهم‌نهی دو حالت نیز قرار گیرد.

درکِ امرِ واقع در فیزیک کوانتومی دقیقاً 20/20 نیست؛ بلکه مشاهده‌ی یک شیء در یک زمان می‌تواند امکان حدسی بهتر در مورد حالت کوانتومی قبلی‌اش بدهد. در یک آزمایش جدید، پژوهش‌گران از یک کاوش‌گر ضعیف^۱ استفاده کردند تا یک کیوبیت را برای چند میکروثانیه به طور پیوسته زیر نظر قرار دهند. آنان تلاش کردند با این داده‌ها، حالت کیوبیت را در زمان‌های میانی پیش‌بینی کنند. با استفاده از فقط داده‌های «پیشین»، در 50٪ از آزمایش‌ها، پیش‌بینی، درست از آب درمی‌آمد. ولی با افزودن داده‌های «پسین»، نرخ موفقیت تا 90٪ بالا می‌رفت. چنین به فکر خطور می‌کند که وقتی اندازه‌گیری‌های گذشته و آینده ترکیب شوند، حالت کوانتومی، مقدار بیش‌تری از خودش را آشکار می‌کند.

فیزیک کوانتومی همیشه تا حدی بازی گمانه‌زنی بوده‌است. برای مثال در آزمایش کلاسیک دو-شکافی، اندازه‌گیری دقیق سرعت اولیه (یا نهایی) به شما نخواهد گفت که ذره از میان کدام شکاف خواهد گذشت (یا گذشته‌است). هرچند فیزیک‌دانان روشی برای ردگیری ذرات (یا دیگر شیءهای کوانتومی) با اندازه‌گیری‌های به اصطلاح ضعیف^۲ ایجاد کرده‌اند که می‌تواند در چندین نقطه در طول مسیر اطلاعات نادقیقی فراهم کند. پرسش این است که آیا این اطلاعات محدود، ولی گسترده، به شما کمک می‌کند که حدس به‌تری بزنید؟

کایتر مورچ^۳ از دانشگاه واشینگتون در سنت لوییس در ایالت میزوری^۴، و هم‌کارانش، این بازی گمانه‌زنی را با یک کیوبیت ابررسانا در یک کاواک ریزموج^۵ بازی کردند. کیوبیت همواره به عنوان برهم‌نهیِ دو حالت انرژی متفاوت رخ می‌نماید. تیم پژوهشی می‌‌تواند با اندازه‌گیری‌های ضعیف توسط فوتون‌های ریزموج، این رفتار ظاهراً تصادفی را زیر نظر بگیرد. در میانه‌ی هر راه‌اندازی آزمایشی، تیم پژوهشی داده‌های ریزموج را موقتاً پنهان می‌کند و سپس تلاش می‌کند با قیاس و برون‌یابی اندازه‌گیری‌های پیشین و پسین، این «نتیجه‌های پنهان» را پیش‌بینی کند. وقتی اندازه‌گیری‌های آینده وارد بررسی می‌شدند، پیش‌بینی‌ها به طور برجسته‌ای متفاوت و قابلِ اطمینان‌تر بودند. این یافته‌ها فهم جدیدی از کاوش ضعیف و چه‌گونگی امکان استفاده از آن برای اندازه‌گیری‌های دقیق به دست می‌دهند، مثلاً در اندازه‌گیری‌ موج‌های گرانشی.

1 weak probe

2 weak measurements

3 Kater Murch

4 Washington University in St. Louis, Missouri

5 microwave cavity

منبع: Synopsis: Predicting the Quantum Past

مرجع:

Prediction and Retrodiction for a Continuously Monitored Superconducting Qubit

D. Tan, S. J. Weber, I. Siddiqi, K. Mølmer, and K. W. Murch

Phys. Rev. Lett. 114, 090403 (2015)

Published March 5, 2015