Desde los inicios de la mecánica cuántica, la búsqueda de comprender las mediciones ha sido una rica fuente de fascinación intelectual. La medición sin interacción es fundamental efecto cuántico mediante el cual se determina la presencia de un objeto fotosensible sin consecuencias irreversibles. absorción de fotones.
En un estudio que explora la conexión entre los mundos cuántico y clásico, científicos de Universidad de Aalto han descubierto una forma nueva y mucho más efectiva de realizar experimentos sin interacción. Propusieron el concepto de detección coherente sin interacciones y lo demostraron experimentalmente.
Utilizaron un dispositivo transmon superconductor de tres niveles para detectar la presencia de pulsos de microondas generados por instrumentos clásicos. Los dispositivos transmon son circuitos superconductores que son relativamente grandes pero que aún muestran un comportamiento cuántico.
Anton Zeilinger, uno de los ganadores del Premio Nobel de Física 2022, fue el primero en implementar la idea de un experimento sin interacción utilizando la óptica de forma experimental.
Gheorghe Sorin Paraoanu de la Universidad Aalto dijo: “Tuvimos que adaptar el concepto a las diferentes herramientas experimentales disponibles para dispositivos superconductores. Debido a eso, también tuvimos que cambiar de manera crucial el protocolo estándar sin interacción: agregamos otra capa de "cuantidad" mediante el uso de un nivel de energía más alto del transmon. Luego, utilizamos el coherencia cuántica del sistema de tres niveles resultante como recurso”.
La coherencia cuántica -la posibilidad de que un objeto pueda ocupar dos estados diferentes simultáneamente- es delicada y colapsa fácilmente. Por lo tanto, no era inmediatamente obvio que el nuevo protocolo funcionaría.
Es sorprendente para los científicos que en su protocolo la coherencia cuántica sirva como recurso, lo que produce una probabilidad de éxito de detección significativamente alta. La primera demostración del experimento mostró un marcado aumento en la eficiencia de detección.
Volvieron a la mesa de dibujo varias veces para verificar todo y ejecutar modelos teóricos. Los modelos confirmaron sus resultados. De hecho, el efecto estaba ahí.
Shruti Dogra de la Universidad Aalto dijo: "También demostramos que incluso los pulsos de microondas de muy baja potencia se pueden detectar de manera eficiente utilizando nuestro protocolo".
El experimento también demostró un método novedoso para utilizar dispositivos cuánticos para obtener una ventaja sobre los clásicos: una ventaja cuántica. El consenso convencional entre los científicos es que lograr una ventaja cuántica requerirá computadoras cuánticas con numerosos qubits. Sin embargo, este experimento demostró una verdadera ventaja cuántica con una configuración relativamente simple.
Paraoanu dijo, “En computación cuántica, nuestro método podría aplicarse para diagnosticar estados de fotones de microondas en ciertos elementos de la memoria. Esto puede considerarse como una forma muy eficaz de extraer información sin alterar el funcionamiento del procesador cuántico”.
Utilizando su nuevo enfoque, los científicos ahora están explorando otras formas exóticas de procesamiento de información como la comunicación contrafactual (comunicación entre dos partes sin que se transfieran partículas físicas) y la computación cuántica contrafactual (donde el resultado de un cálculo se obtiene sin, de hecho, ejecutar el proceso). computadora).
Referencia de la revista:
- Dogra, S., McCord, JJ y Paraoanu, GS Detección coherente y sin interacción de pulsos de microondas con un circuito superconductor. Nat Commun 13, 7528 (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022, 35049-z
