양자정보 개요 편집하기 (부분)

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= 양자 프로세스 토모그래피 (Quantum Process Tomography) =

측정으로 붕괴되기 전 양자계의 정보를 분석하기 위해서는 실질적으로 양자 상태를 확인하는 작업이 필요하다. 양자 상태를 확인하려는 목적으로 주로 활용되는 기술로 양자 상태 토모그래피(quantum state tomography; QST) 방법이 있다. 양자 상태 앙상블에 대한 측정의 기댓값을 구함으로써 임의의 양자 상태를 확인하는 방법이다. 이와 유사하게, 양자 프로세스 토모그래피(quantum process tomography; QPT)은 물리계에 작용하는 ‘프로세스’, 즉 물리계의 시간에 따른 동역학적 변화를 확인하는 방법으로 활용된다. 수학적으로 QPT는 양자 맵(map)을 확인하는 것을 말한다.

QPT는 QST의 필요 여부에 따라 크게 간접 QPT, 직접 QPT로 구분된다. 간접 QPT에서는 변화를 확인하고자 하는 물리계 외의 추가적인 양자 물리계의 변화에 대한 정보를 매핑한 후 QST를 활용하여 변화에 대한 정보를 복원한다. 간접 QPT에서는 복원 시에 결과 상태에 역매핑(inversion mapping)을 적용해주는 과정이 필수적이다.<ref name=Mohseni>M. Mohseni, A. T. Rezakhani, and D. A. Lidar, Quantum-process tomography: resource analysis of different strategies, Physical Review A '''77''', 032322 (2008). doi:[https://doi.org/10.1103/PhysRevA.77.032322 10.1103/PhysRevA.77.032322].</ref> 간접 QPT 방식의 예로, SQPT(standard QPT), AAPT(ancilla-assisted QPT)가 있다. 반면, 직접 QPT에서는 상태 토모그래피 방법을 적용할 필요 없이 실험상 측정값을 통해 동역학적 정보를 구한다. DCQD(direct characterization of quantum dynamics)는 양자 상태 토모그래피 기법 없이 최초로 제안된 직접 QPT 방식이다. 직접 QPT 방식을 기반하여 물리계의 비고전성질 확인<ref name=Horodecki>P. Horodecki ''et al''., Direct detection of quantum entanglement, in ''Proceedings of The Physics of Communication'', 621 (2003). doi:[https://doi.org/10.1142/9789812704634_0043 10.1142/9789812704634_0043].</ref>, 양자 프로세스에서 평균 충실도 측정<ref name=Hofmann>H. F. Hofmann, Complementary classical fidelities as an efficient criterion for the evaluation of experimentally realized quantum operations, Physical Review Letters '''94''', 160504 (2005). doi:[https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.160504 10.1103/PhysRevLett.94.160504].</ref> 등에 활용하기 위한 연구가 진행된 바 있다. 2018년에는 연속적인 약한 측정을 통해 실험적으로 직접 QPT 방식을 구현한 연구가 보고되었다.<ref name=Kim>Y. Kim ''et al''., Direct quantum process tomography via measuring sequential weak values of incompatible observables, Nature Communications '''9''', 192 (2018). doi:[https://doi.org/10.1038/s41467-018-03305-w 10.1038/s41467-018-03305-w].</ref>

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