量子现象在实验上难以处理，努力随着系统的大小而急剧增加。多年来，科学家们能够控制小量子系统并研究量子特性。这种量子模拟被认为是量子技术的早期应用，可以解决传统计算机上的模拟失败的问题。然而，用作量子模拟器的量子系统必须继续增长。许多粒子的缠结仍然是一种难以理解的现象。“为了在实验室中操作由十个或更多颗粒组成的量子模拟器，我们必须尽可能准确地表征系统的状态，”
到目前为止，量子态断层扫描已被用于量子态的表征，系统可以用它来完整地描述。然而，该方法涉及非常高的测量和计算工作，并且不适用于具有超过六个颗粒的系统。两年前，由Christian Roos和来自德国和英国的同事领导的研究人员提出了一种非常有效的复杂量子态表征方法。然而，用这种方法只能描述弱纠缠态。这个问题现在被Peter Zoller领导的理论家去年提出的一种新方法所规避，可以用来描述任何纠缠状态。他们与实验物理学家Rainer Blatt和Christian Roos及其团队一起，在实验室中展示了这种方法。
大型系统的量子模拟
“这种新方法是基于对随机选择的单个粒子转换的重复测量。测量结果的统计评估然后提供了关于系统纠缠程度的信息，”Peter Zoller团队的Andreas Elben解释道。奥地利物理学家在量子模拟器中展示了这一过程，该模拟器由在真空室中排成一排的几个离子组成。从一个简单的状态开始，研究人员让各个粒子在激光脉冲的帮助下相互作用，从而在系统中产生纠缠。“我们对每个离子进行500次局部变换，并重复测量总共150次，以便能够使用统计方法从测量结果中确定有关纠缠态的信息，”
在现在发表在“科学”杂志上的工作中，因斯布鲁克物理学家描述了由十个离子组成的系统的动态发展以及一个由十个20离子链离子组成的子系统。“在实验室中，这种新方法对我们有很大的帮助，因为它使我们能够更好地理解我们的量子模拟器，例如，更准确地评估纠缠的纯度，”Christian Roos说，他认为新方法可以成功应用于具有多达数十个粒子的量子系统。
该科学着作发表在“ 科学 ”杂志上，并得到欧洲研究理事会ERC和奥地利科学基金FWF的财政支持。“这篇出版物再次展示了理论物理学家和因斯布鲁克实验物理学家之间的富有成效的合作，”Peter Zoller强调说。“在因斯布鲁克大学和奥地利科学院的量子光学和量子信息研究所，来自这两个领域的年轻研究人员为在全球范围内具有竞争力的研究工作找到了很好的条件。”