Kvanttimekaniikan alusta lähtien pyrkimys ymmärtää mittauksia on ollut rikas älyllisen kiehtovuuden lähde. Vuorovaikutusvapaa mittaus on perustavanlaatuinen kvanttiefekti jolloin valoherkän kohteen läsnäolo määritetään ilman peruuttamatonta fotonien absorptio.
Kvantti- ja klassisen maailman välistä yhteyttä tutkivassa tutkimuksessa tutkijat Aalto-yliopisto ovat löytäneet uuden ja paljon tehokkaamman tavan tehdä vuorovaikutusvapaita kokeita. He ehdottivat koherentin vuorovaikutusvapaan havaitsemisen konseptia ja osoittivat sen kokeellisesti.
He käyttivät kolmitasoista suprajohtavaa transmonilaitetta klassisten instrumenttien tuottamien mikroaaltopulssien läsnäolon havaitsemiseen. Transmonilaitteet ovat suprajohtavia piirejä, jotka ovat suhteellisen suuria, mutta silti osoittavat kvanttikäyttäytymistä.
Anton Zeilinger, yksi vuoden 2022 fysiikan Nobel-palkinnon saajista, oli ensimmäinen, joka toteutti idean vuorovaikutusvapaasta kokeesta, jossa käytetään optiikkaa kokeellisesti.
Gheorghe Sorin Paraoanu Aalto-yliopistosta sanoi: ”Meidän piti mukauttaa konsepti erilaisiin suprajohtavien laitteiden kokeellisiin työkaluihin. Tästä johtuen meidän oli myös muutettava ratkaisevasti standardia vuorovaikutusvapaata protokollaa: lisäsimme toisen kerroksen "kvanttia" käyttämällä transmonin korkeampaa energiatasoa. Sitten käytimme kvanttikoherenssi tuloksena olevasta kolmitasoisesta järjestelmästä resurssina.
Kvanttikoherenssi - mahdollisuus, että esine voi olla kahdessa eri tilassa samanaikaisesti - on herkkä ja romahtaa helposti. Siksi ei ollut heti selvää, että uusi protokolla toimisi.
Tiedemiehille on yllättävää, että heidän protokollassaan kvanttikoherenssi toimii resurssina, mikä tuottaa merkittävästi korkean havaitsemisen onnistumisen todennäköisyyden. Kokeen ensimmäinen esittely osoitti havaitsemistehokkuuden huomattavan lisääntymisen.
He palasivat piirustuspöydän ääreen useita kertoja tarkistamaan kaiken ja suorittivat teoreettisia malleja. Mallit vahvistivat tulokset – Vaikutus oli todellakin olemassa.
Shruti Dogra Aalto-yliopistosta sanoi, "Osoitimme myös, että jopa erittäin pienitehoiset mikroaaltopulssit voidaan havaita tehokkaasti protokollamme avulla."
Koe osoitti myös uudenlaisen menetelmän kvanttilaitteiden käyttämiseksi saadakseen etua klassisiin verrattuna - kvanttietu. Tiedemiesten keskuudessa vallitseva konsensus on, että kvanttiedun saavuttaminen vaatii kvantitietokoneet monien kanssa kubittien. Tämä koe osoittautui kuitenkin todelliseksi kvanttieduksi suhteellisen yksinkertaisella asetuksella.
Paraoanu sanoi, ”Kvanttilaskennassa menetelmäämme voitaisiin soveltaa mikroaaltofotonitilojen diagnosointiin tietyissä muistielementeissä. Tätä voidaan pitää erittäin tehokkaana tapana poimia tietoa ilman, että se häiritsee kvanttiprosessorin toimintaa."
Uutta lähestymistapaansa käyttämällä tutkijat tutkivat nyt muita eksoottisia tiedonkäsittelyn muotoja, kuten kontrafaktuaalista viestintää (viestintä kahden osapuolen välillä ilman fyysisten hiukkasten siirtämistä) ja kontrafaktuaalista kvanttilaskentaa (jossa laskennan tulos saadaan suorittamatta itse asiassa tietokone).
Lehden viite:
- Dogra, S., McCord, JJ & Paraoanu, GS Mikroaaltopulssien koherentti vuorovaikutusvapaa havaitseminen suprajohtavalla piirillä. Nat Commun 13, 7528 (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-35049-z
