מאז תחילתה של מכניקת הקוונטים, החיפוש להבין מדידות היה מקור עשיר לקסם אינטלקטואלי. המדידה נטולת האינטראקציה היא יסוד אפקט קוונטי לפיו נוכחות של אובייקט רגיש לאור נקבעת ללא בלתי הפיך קליטת פוטון.
במחקר שחקר את הקשר בין העולם הקוונטי והעולם הקלאסי, מדענים מ אוניברסיטת אלטו גילו דרך חדשה ויעילה הרבה יותר לבצע ניסויים ללא אינטראקציה. הם הציעו את הרעיון של זיהוי ללא אינטראקציה קוהרנטית והדגימו זאת בניסוי.
הם השתמשו במכשיר טרנסמון מוליך-על בעל שלוש רמות כדי לזהות נוכחות של פולסים של מיקרוגל שנוצרו על ידי מכשירים קלאסיים. מכשירי הטרנסמון הם מעגלים מוליכים שהם גדולים יחסית אך עדיין מראים התנהגות קוונטית.
אנטון זיילינגר, אחד הזוכים בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2022, היה הראשון ליישם את הרעיון של ניסוי נטול אינטראקציה באמצעות אופטיקה באופן ניסיוני.
Gheorghe Sorin Paraoanu מאוניברסיטת Aalto אמר, "היינו צריכים להתאים את הקונספט לכלים הניסויים השונים הזמינים עבור מכשירים מוליכים. בגלל זה, היינו צריכים לשנות באופן מכריע את הפרוטוקול הסטנדרטי ללא אינטראקציות: הוספנו שכבה נוספת של "קוונטיות" על ידי שימוש ברמת אנרגיה גבוהה יותר של הטרנסמון. לאחר מכן, השתמשנו ב- קוהרנטיות קוונטית של המערכת התלת-מפלסית שנוצרה כמשאב."
קוהרנטיות קוונטית - האפשרות שאובייקט יכול לתפוס שני מצבים שונים בו זמנית - עדינה ומתמוטטת בקלות. לפיכך, לא היה ברור מיד שהפרוטוקול החדש יעבוד.
זה מפתיע עבור מדענים שבפרוטוקול שלהם, קוהרנטיות קוונטית משמשת כמשאב, מה שמניב הסתברות גבוהה משמעותית להצלחה בזיהוי. ההדגמה הראשונה של הניסוי הראתה עלייה ניכרת ביעילות הגילוי.
הם חזרו ללוח השרטוטים כמה פעמים כדי לבדוק הכל והריצו מודלים תיאורטיים. המודלים אישרו את התוצאות שלהם- ההשפעה הייתה שם, אכן.
שרוטי דוגרה מאוניברסיטת אלטו אמר, "הוכחנו גם שאפילו פולסים של מיקרוגל בעלי הספק נמוך מאוד ניתן לזהות ביעילות באמצעות הפרוטוקול שלנו."
הניסוי הדגים גם שיטה חדשה לשימוש במכשירים קוונטיים כדי להשיג יתרון על פני קלאסיים - יתרון קוונטי. הקונצנזוס המקובל בקרב מדענים הוא שהשגת יתרון קוונטי ידרוש מחשבים קוונטיים עם רבים קווביטים. עם זאת, הניסוי הזה הוכיח יתרון קוונטי אמיתי עם התקנה פשוטה יחסית.
פאראואנו אמר, "במחשוב קוונטי, ניתן ליישם את השיטה שלנו לאבחון מצבי מיקרוגל-פוטון ברכיבי זיכרון מסוימים. ניתן להתייחס לכך כדרך יעילה ביותר להפקת מידע מבלי להפריע לתפקוד המעבד הקוונטי".
באמצעות הגישה החדשה שלהם, מדענים בוחנים כעת צורות אקזוטיות אחרות של עיבוד מידע כמו תקשורת נגדית (תקשורת בין שני צדדים ללא העברת חלקיקים פיזיים) ומחשוב קוונטי נגד עובדתי (כאשר התוצאה של חישוב מתקבלת ללא, למעשה, הפעלת מַחשֵׁב).
עיון ביומן:
- Dogra, S., McCord, JJ & Paraoanu, GS זיהוי קוהרנטי ללא אינטראקציה של פולסים של מיקרוגל עם מעגל מוליך-על. קהילת Nat י"ב, 13 (7528). DOI: 10.1038 / s41467-022-35049-z
