Από την αρχή της κβαντικής μηχανικής, η αναζήτηση για την κατανόηση των μετρήσεων ήταν μια πλούσια πηγή διανοητικής γοητείας. Η μέτρηση χωρίς αλληλεπίδραση είναι θεμελιώδης κβαντικό αποτέλεσμα όπου η παρουσία φωτοευαίσθητου αντικειμένου προσδιορίζεται χωρίς μη αναστρέψιμη απορρόφηση φωτονίων.
Σε μια μελέτη που διερευνά τη σύνδεση μεταξύ του κβαντικού και του κλασικού κόσμου, επιστήμονες από Aalto University έχουν ανακαλύψει έναν νέο και πολύ πιο αποτελεσματικό τρόπο για τη διεξαγωγή πειραμάτων χωρίς αλληλεπιδράσεις. Πρότειναν την έννοια της συνεκτικής ανίχνευσης χωρίς αλληλεπιδράσεις και την απέδειξαν πειραματικά.
Χρησιμοποίησαν μια υπεραγώγιμη συσκευή transmon τριών επιπέδων για να ανιχνεύσουν την παρουσία παλμών μικροκυμάτων που παράγονται από κλασικά όργανα. Οι συσκευές transmon είναι υπεραγώγιμα κυκλώματα που είναι σχετικά μεγάλα αλλά εξακολουθούν να παρουσιάζουν κβαντική συμπεριφορά.
Ο Anton Zeilinger, ένας από τους νικητές του βραβείου Νόμπελ Φυσικής 2022, ήταν ο πρώτος που εφάρμοσε την ιδέα ενός πειράματος χωρίς αλληλεπιδράσεις χρησιμοποιώντας την οπτική πειραματικά.
Ο Gheorghe Sorin Paraoanu του Πανεπιστημίου του Aalto είπε, «Έπρεπε να προσαρμόσουμε την ιδέα στα διάφορα πειραματικά εργαλεία που είναι διαθέσιμα για υπεραγώγιμες συσκευές. Εξαιτίας αυτού, έπρεπε επίσης να αλλάξουμε το τυπικό πρωτόκολλο χωρίς αλληλεπίδραση κρίσιμα: προσθέσαμε ένα άλλο επίπεδο «κβαντικής» χρησιμοποιώντας ένα υψηλότερο επίπεδο ενέργειας του transmon. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήσαμε το κβαντική συνοχή του προκύπτοντος συστήματος τριών επιπέδων ως πόρου».
Η κβαντική συνοχή - η πιθανότητα ένα αντικείμενο να μπορεί να καταλαμβάνει δύο διαφορετικές καταστάσεις ταυτόχρονα - είναι λεπτή και εύκολα καταρρέει. Ως εκ τούτου, δεν ήταν αμέσως προφανές ότι το νέο πρωτόκολλο θα λειτουργούσε.
Είναι εκπληκτικό για τους επιστήμονες ότι στο πρωτόκολλό τους, η κβαντική συνοχή χρησιμεύει ως πόρος, αποδίδοντας μια σημαντικά υψηλή πιθανότητα επιτυχίας ανίχνευσης. Η πρώτη επίδειξη του πειράματος έδειξε αξιοσημείωτη αύξηση στην αποτελεσματικότητα ανίχνευσης.
Επέστρεψαν στον πίνακα σχεδίασης αρκετές φορές για να ελέγξουν τα πάντα και έτρεξαν θεωρητικά μοντέλα. Τα μοντέλα επιβεβαίωσαν τα αποτελέσματά τους- Το αποτέλεσμα ήταν πράγματι εκεί.
Ο Shruti Dogra του Πανεπιστημίου του Aalto είπε, «Δείξαμε επίσης ότι ακόμη και παλμοί μικροκυμάτων πολύ χαμηλής ισχύος μπορούν να ανιχνευθούν αποτελεσματικά χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλό μας».
Το πείραμα έδειξε επίσης μια νέα μέθοδο για τη χρήση κβαντικών συσκευών για την απόκτηση πλεονεκτήματος έναντι των κλασικών - ένα κβαντικό πλεονέκτημα. Η συμβατική συναίνεση μεταξύ των επιστημόνων είναι ότι απαιτείται η επίτευξη κβαντικού πλεονεκτήματος κβαντικούς υπολογιστές με πολλά qubits. Ωστόσο, αυτό το πείραμα αποδείχθηκε ένα πραγματικό κβαντικό πλεονέκτημα με μια σχετικά απλή εγκατάσταση.
Paraoanu είπε, «Στον κβαντικό υπολογισμό, η μέθοδός μας θα μπορούσε να εφαρμοστεί για τη διάγνωση καταστάσεων μικροκυμάτων φωτονίων σε ορισμένα στοιχεία μνήμης. Αυτό μπορεί να θεωρηθεί ως ένας εξαιρετικά αποτελεσματικός τρόπος εξαγωγής πληροφοριών χωρίς να διαταραχθεί η λειτουργία του κβαντικού επεξεργαστή».
Χρησιμοποιώντας τη νέα τους προσέγγιση, οι επιστήμονες διερευνούν τώρα άλλες εξωτικές μορφές επεξεργασίας πληροφοριών, όπως η αντιπραγματική επικοινωνία (επικοινωνία μεταξύ δύο μερών χωρίς να μεταφέρονται φυσικά σωματίδια) και ο αντιπραγματικός κβαντικός υπολογισμός (όπου το αποτέλεσμα ενός υπολογισμού λαμβάνεται χωρίς, στην πραγματικότητα, την εκτέλεση του υπολογιστή).
Αναφορά στο περιοδικό:
- Dogra, S., McCord, JJ & Paraoanu, GS Συνεκτική ανίχνευση παλμών μικροκυμάτων χωρίς αλληλεπίδραση με υπεραγώγιμο κύκλωμα. Nat Commun 13, 7528 (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-35049-z
