Sin dagli albori della meccanica quantistica, la ricerca per comprendere le misurazioni è stata una ricca fonte di fascino intellettuale. La misurazione senza interazione è fondamentale effetto quantistico per cui la presenza di un oggetto fotosensibile viene determinata in modo irreversibile assorbimento dei fotoni.
In uno studio che esplora la connessione tra il mondo quantistico e quello classico, gli scienziati di Università Aalto hanno scoperto un modo nuovo e molto più efficace per condurre esperimenti senza interazione. Hanno proposto il concetto di rilevamento coerente senza interazione e lo hanno dimostrato sperimentalmente.
Hanno utilizzato un dispositivo transmon superconduttore a tre livelli per rilevare la presenza di impulsi a microonde generati da strumenti classici. I dispositivi transmon sono circuiti superconduttori relativamente grandi ma che mostrano ancora un comportamento quantistico.
Anton Zeilinger, uno dei vincitori del Premio Nobel per la fisica 2022, è stato il primo a implementare sperimentalmente l'idea di un esperimento privo di interazioni utilizzando l'ottica.
Gheorghe Sorin Paraoanu dell'Università di Aalto ha detto: “Abbiamo dovuto adattare il concetto ai diversi strumenti sperimentali disponibili per i dispositivi superconduttori. Per questo motivo, abbiamo dovuto modificare in modo cruciale anche il protocollo standard senza interazione: abbiamo aggiunto un altro livello di “quantità” utilizzando un livello energetico più elevato del transmon. Quindi, abbiamo utilizzato il coerenza quantistica del risultante sistema a tre livelli come risorsa”.
La coerenza quantistica – la possibilità che un oggetto possa occupare due stati diversi contemporaneamente – è delicata e crolla facilmente. Pertanto, non era immediatamente ovvio che il nuovo protocollo avrebbe funzionato.
È sorprendente per gli scienziati che, nel loro protocollo, la coerenza quantistica serva da risorsa, offrendo una probabilità di successo del rilevamento significativamente elevata. La prima dimostrazione dell'esperimento ha mostrato un netto aumento dell'efficienza di rilevamento.
Sono tornati al tavolo da disegno più volte per ricontrollare tutto e hanno elaborato modelli teorici. I modelli hanno confermato i loro risultati. L'effetto c'è stato davvero.
Shruti Dogra dell'Università di Aalto ha detto: “Abbiamo anche dimostrato che anche gli impulsi a microonde a bassissima potenza possono essere rilevati in modo efficiente utilizzando il nostro protocollo”.
L'esperimento ha anche dimostrato un nuovo metodo per utilizzare i dispositivi quantistici per ottenere un vantaggio rispetto a quelli classici: un vantaggio quantistico. Il consenso convenzionale tra gli scienziati è che per ottenere un vantaggio quantistico sarà necessario computer quantistici con numerosi qubit. Tuttavia, questo esperimento ha dimostrato un reale vantaggio quantistico con una configurazione relativamente semplice.
Paraoanu disse, “Nell’informatica quantistica, il nostro metodo potrebbe essere applicato per diagnosticare gli stati dei fotoni a microonde in alcuni elementi della memoria. Questo può essere considerato un modo altamente efficiente per estrarre informazioni senza disturbare il funzionamento del processore quantistico”.
Usando il loro nuovo approccio, gli scienziati stanno ora esplorando altre forme esotiche di elaborazione delle informazioni come la comunicazione controfattuale (comunicazione tra due parti senza che vengano trasferite particelle fisiche) e il calcolo quantistico controfattuale (dove il risultato di un calcolo viene ottenuto senza, di fatto, eseguire il processo computer).
Riferimento della Gazzetta:
- Dogra, S., McCord, JJ & Paraoanu, GS Rilevamento coerente senza interazione di impulsi a microonde con un circuito superconduttore. Nat Comun 13, 7528 (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-35049-z
