Quantum Nondemolition Measurement

Quantum Nondemolition (QND) Measurement (deutsch: zerstörungsfreie Quantenmessung) ist eine Messung eines quantenmechanischen Systems, welche die Integrität des Systems und der Werte der gemessenen Observablen erhält. Das erlaubt es, das gleiche System wiederholt zu messen.

Zerstörungsfrei bedeutet nicht, dass die Wellenfunktion nicht kollabiert. Eine QND-Messung kann man sich jedoch als ideale Quanten-Projektions-Messung vorstellen.

Die meisten Geräte, die in der Lage sind, einzelne Teilchen zu detektieren und seine Position zu messen, zerstören dabei das Teilchen. Im günstigeren Fall stört die Messung das Teilchen, so dass es unmittelbar nach der Messung nicht mehr im gemessenen Eigenzustand ist. Eine perfekte QND-Messung des Orts eines Teilchen würde, im Gegensatz dazu, das Teilchen am gemessenen Ort belassen.

QND-Messungen sind experimentell extrem schwierig durchzuführen.

Technische Definition

Man betrachte eine vollständige quantenmechanische Messung, die durch die Quantenbeschreibung des zu untersuchenden Systems $|\psi ⟩$ und der Messapparatur $|A⟩$ gegeben ist. Man kann die Dynamik mit einem Hamilton-Operator der folgenden Form beschreiben:

$H=H_{\mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{b}\mathrm{s}\mathrm{t}}+H_{\mathrm{w}\mathrm{w}},$

Dabei ist H_selbst die Selbst-Wechselwirkung des Systems und H_ww die Wechselwirkung der Kopplung zwischen System und Messapparatur. Im Allgemeinen wird H_ww als Einschalten für eine bestimmte Zeit modelliert und die folgende ideale (schwache) Von-Neumann-Messung ergibt:

$|\psi ⟩|A⟩\to \sum _n{c}_n|{\psi }_n⟩|A_n⟩$

Die Messung ist eine QND-Messung, wenn

$[H_{\mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{b}\mathrm{s}\mathrm{t}},H_{\mathrm{w}\mathrm{w}}]=0.$

Beschreibung aus der Literatur

A. Lupașcu und andere beschrieben es wie folgt:

Andererseits wird argumentiert, dass der Begriff QND dem üblichen Begriff der starken quantenmechanischen Messung nichts hinzufügt und wegen der zwei verschiedenen Interpretationen von Zerstörung (Verlust des Quantenzustands gegenüber Verlust des Teilchens) verwirrend sein kann.

Weblinks

• Physicsworld article
• Measuring quantum information without destroying it
• Counting photons without destroying them