Experimental Demonstration of the Bosonic Commutation Relation via Superpositions of Quantum Operations on Thermal Light Fields

보존 교환관계의 직접적 증명을 위한 제안[Phys. Rev. Lett. 101, 260401 (2008)]이 최근 실험적으로 수행되었다 [Phys. Rev. Lett. 103, 140406 (2009)]. 빛의 열 상태(thermal state)에 서로 구별되는 작용(operation)들을 양자적으로 중첩시켜 적용한 후, 초기 상태의 변화를 측정하는 방법을 통해 보존 교환자(bosonic commutator)가 정량적으로 (일정 오차 범위 내에서) 1이라는 것을 보였다. 이 결과는 양자역학의 중요한 관계식인 보존 교환관계를 직접적으로 보인 최초의 실험이라고 할 수 있다. 또한 임의의 작용들의 양자 중첩(arbitrary quantum superposition of distinct operations)을 가능하게 함으로써 거시적인 물리계를 포함한 다양한 상태들에 대한 효율적인 양자 제어를 가능하게 하는 방법을 제시하였다.

Abstract: We present the experimental realization of a scheme, based on single-photon interference, for implementing superpositions of distinct quantum operations. Its application to a thermal light field (a well-categorized classical entity) illustrates quantum superposition from a new standpoint and provides a direct and quantitative verification of the bosonic commutation relation between creation and annihilation operators. By shifting the focus towards operator superpositions, this result opens interesting alternative perspectives for manipulating quantum states.