Sejak dimulainya mekanika kuantum, upaya untuk memahami pengukuran telah menjadi sumber daya tarik intelektual yang kaya. Pengukuran bebas interaksi adalah hal mendasar efek kuantum dimana keberadaan objek fotosensitif ditentukan tanpa ireversibel penyerapan foton.
Dalam sebuah penelitian yang mengeksplorasi hubungan antara dunia kuantum dan dunia klasik, para ilmuwan dari Universitas Aalto telah menemukan cara baru dan jauh lebih efektif untuk melakukan eksperimen bebas interaksi. Mereka mengusulkan konsep deteksi bebas interaksi yang koheren dan mendemonstrasikannya secara eksperimental.
Mereka menggunakan perangkat transmon superkonduktor tiga tingkat untuk mendeteksi keberadaan gelombang mikro yang dihasilkan oleh instrumen klasik. Perangkat transmon merupakan sirkuit superkonduktor yang berukuran relatif besar namun masih menunjukkan perilaku kuantum.
Anton Zeilinger, salah satu pemenang Hadiah Nobel Fisika 2022, adalah orang pertama yang menerapkan ide eksperimen bebas interaksi menggunakan optik secara eksperimental.
Gheorghe Sorin Paraoanu dari Universitas Aalto berkata, “Kami harus menyesuaikan konsep ini dengan berbagai alat eksperimental yang tersedia untuk perangkat superkonduktor. Oleh karena itu, kami juga harus mengubah protokol standar bebas interaksi secara krusial: kami menambahkan lapisan “kuantum” lainnya dengan menggunakan tingkat energi transmon yang lebih tinggi. Lalu, kami menggunakan koherensi kuantum dari sistem tiga tingkat yang dihasilkan sebagai sumber daya.”
Koherensi kuantum – kemungkinan bahwa suatu objek dapat menempati dua keadaan berbeda secara bersamaan – rumit dan mudah runtuh. Oleh karena itu, belum terlihat jelas apakah protokol baru ini akan berhasil.
Hal ini mengejutkan bagi para ilmuwan bahwa dalam protokol mereka, koherensi kuantum berfungsi sebagai sumber daya, menghasilkan probabilitas keberhasilan deteksi yang sangat tinggi. Demonstrasi pertama percobaan menunjukkan peningkatan efisiensi deteksi yang nyata.
Mereka kembali ke papan gambar beberapa kali untuk memeriksa ulang semuanya dan menjalankan model teoritis. Model-model tersebut mengkonfirmasi hasil mereka. Memang benar, efeknya memang ada.
Shruti Dogra dari Universitas Aalto berkata, “Kami juga menunjukkan bahwa gelombang mikro berdaya sangat rendah sekalipun dapat dideteksi secara efisien menggunakan protokol kami.”
Eksperimen ini juga mendemonstrasikan metode baru dalam menggunakan perangkat kuantum untuk mendapatkan keunggulan dibandingkan perangkat klasik – keunggulan kuantum. Konsensus konvensional di kalangan ilmuwan adalah bahwa untuk mencapai keunggulan kuantum diperlukan hal yang sama komputer kuantum dengan banyak qubit. Namun, eksperimen ini membuktikan keunggulan kuantum yang nyata dengan pengaturan yang relatif sederhana.
Paraoanu tersebut, “Dalam komputasi kuantum, metode kami dapat diterapkan untuk mendiagnosis keadaan foton gelombang mikro dalam elemen memori tertentu. Ini dapat dianggap sebagai cara yang sangat efisien untuk mengekstraksi informasi tanpa mengganggu fungsi prosesor kuantum.”
Dengan menggunakan pendekatan baru mereka, para ilmuwan kini mengeksplorasi bentuk pemrosesan informasi eksotik lainnya seperti komunikasi kontrafaktual (komunikasi antara dua pihak tanpa ada partikel fisik yang ditransfer) dan komputasi kuantum kontrafaktual (di mana hasil komputasi diperoleh tanpa, pada kenyataannya, menjalankan komputer). komputer).
Referensi Jurnal:
- Dogra, S., McCord, JJ & Paraoanu, GS Deteksi pulsa gelombang mikro bebas interaksi koheren dengan sirkuit superkonduktor. Nat Commun 13 Agustus 7528 (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-35049-z
