A kvantummechanika kezdete óta a mérések megértésére irányuló törekvés az intellektuális vonzalom gazdag forrása. Az interakciómentes mérés alapvető kvantumhatás amellyel egy fényérzékeny tárgy jelenléte visszafordíthatatlan nélkül határozható meg foton abszorpció.
A kvantum és a klasszikus világ közötti kapcsolatot feltáró tanulmányban a tudósok a Aalto Egyetem új és sokkal hatékonyabb módszert fedeztek fel interakciómentes kísérletek végrehajtására. Javasolták a koherens kölcsönhatás-mentes detektálás koncepcióját, és kísérletileg demonstrálták.
Háromszintű szupravezető transzmon készülékkel detektálták a klasszikus műszerek által generált mikrohullámú impulzusok jelenlétét. A transzmon eszközök olyan szupravezető áramkörök, amelyek viszonylag nagyok, de mégis kvantum viselkedést mutatnak.
Anton Zeilinger, a 2022-es fizikai Nobel-díj egyik kitüntetettje volt az első, aki megvalósította az optikát használó interakciómentes kísérlet ötletét.
Gheorghe Sorin Paraoanu, az Aalto Egyetem munkatársa elmondta: „A koncepciót hozzá kellett igazítanunk a szupravezető eszközökhöz rendelkezésre álló különböző kísérleti eszközökhöz. Emiatt a standard interakciómentes protokollon is döntően változtatnunk kellett: a transzmon magasabb energiaszintjének felhasználásával újabb „kvantumossági” réteget adtunk hozzá. Ezután használtuk a kvantumkoherencia az így létrejövő háromszintű rendszer mint erőforrás.”
A kvantumkoherencia – annak lehetősége, hogy egy objektum egyszerre két különböző állapotot foglalhat el – kényes és könnyen összeomlik. Ezért nem volt azonnal nyilvánvaló, hogy az új protokoll működni fog.
Meglepő a tudósok számára, hogy protokolljukban a kvantumkoherencia szolgál erőforrásként, ami jelentősen magas detektálási siker valószínűséget eredményez. A kísérlet első demonstrációja az észlelési hatékonyság jelentős növekedését mutatta.
Többször visszamentek a rajzasztalhoz mindent ellenőrizni, és elméleti modelleket futtattak. A modellek megerősítették eredményeiket – A hatás valóban megvolt.
Shruti Dogra, az Aalto Egyetemről azt mondta: "Bebizonyítottuk azt is, hogy protokollunk segítségével még a nagyon kis teljesítményű mikrohullámú impulzusok is hatékonyan észlelhetők."
A kísérlet egy új módszert is bemutatott a kvantumeszközök használatára, hogy előnyt szerezzenek a klasszikus eszközökkel szemben – ez kvantumelőny. A tudósok közti konszenzus az, hogy a kvantumelőny eléréséhez szükség lesz kvantum számítógépek sokkal qubit. Mégis, ez a kísérlet valódi kvantumelőnynek bizonyult egy viszonylag egyszerű beállítással.
Paraoanu mondott, „A kvantumszámításban módszerünket bizonyos memóriaelemek mikrohullámú foton állapotainak diagnosztizálására lehetne alkalmazni. Ez az információ kinyerésének rendkívül hatékony módja a kvantumprocesszor működésének megzavarása nélkül.”
Új megközelítésükkel a tudósok az információfeldolgozás más egzotikus formáit kutatják, mint például a tények ellentétes kommunikációját (a két fél közötti kommunikáció fizikai részecskék átadása nélkül) és a kontrafaktuális kvantumszámítást (amikor a számítás eredményét anélkül kapják meg, hogy a számítógép).
Journal Reference:
- Dogra, S., McCord, JJ & Paraoanu, GS Mikrohullámú impulzusok koherens kölcsönhatásmentes detektálása szupravezető áramkörrel. Nat Commun 13, 7528 (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-35049-z
