量子物理学：2つの量子状態間の最適経路のマッピング

量子力学の中心的な特徴は、測定結果が本質的に確率的となることである。そのため、連続的に量子系を監視すると、その自然なユニタリ発展がランダムに摂動を受ける。こうしたゆらぎが存在する場合に量子系を制御できる能力は、量子情報処理において重要性が増しており、核磁気共鳴から化学合成に及ぶ分野に応用が見いだされている。この確率的な発展を詳細に理解することは、最適化制御法の開発に不可欠である。今回我々は、連続的な弱測定とラビ駆動が競合して影響を及ぼす超伝導回路において、個々の量子トラジェクトリーを再構成した。任意に選んだ初期状態と終状態の間を発展する個々のトラジェクトリーを追跡すれば、量子状態空間全体で最も確率の高い経路を推定できる。これらの前選択、後選択した量子トラジェクトリーから、希望する境界条件を連結する滑らかで時間的に連続な関数の形をした、最適な検出器信号も明らかになった。今回の研究から、通常は波動関数の収縮を伴う測定ダイナミクスと、シュレディンガー方程式が記述する量子状態のユニタリ発展の間の豊かな相互作用が明らかになった。これらの結果と最小作用の原理に基づく基礎理論により、初期状態から終状態への最適経路が明らかになり、状態の操作と情報処理を行う新しい量子制御法に関する情報が得られる可能性がある。

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