Siden begynnelsen av kvantemekanikken har søken etter å forstå målinger vært en rik kilde til intellektuell fascinasjon. Den interaksjonsfrie målingen er en grunnleggende kvanteeffekt hvorved tilstedeværelsen av et lysfølsomt objekt bestemmes uten irreversibel foton absorpsjon.
I en studie som utforsker sammenhengen mellom kvanteverdenen og den klassiske verdenen, har forskere fra Aalto University har oppdaget en ny og mye mer effektiv måte å utføre interaksjonsfrie eksperimenter på. De foreslo konseptet koherent interaksjonsfri deteksjon og demonstrerte det eksperimentelt.
De brukte en superledende transmon-enhet med tre nivåer for å oppdage tilstedeværelsen av mikrobølgepulser generert av klassiske instrumenter. Transmon-enhetene er superledende kretser som er relativt store, men som fortsatt viser kvanteadferd.
Anton Zeilinger, en av vinnerne av Nobelprisen i fysikk i 2022, var den første som implementerte ideen om et interaksjonsfritt eksperiment ved bruk av optikk eksperimentelt.
Gheorghe Sorin Paraoanu fra Aalto-universitetet sa: "Vi måtte tilpasse konseptet til de forskjellige eksperimentelle verktøyene som er tilgjengelige for superledende enheter. På grunn av det måtte vi også endre den standard interaksjonsfrie protokollen avgjørende: vi la til enda et lag med "kvante" ved å bruke et høyere energinivå av transmonen. Deretter brukte vi kvantekoherens av det resulterende trenivåsystemet som en ressurs."
Kvantekoherens - muligheten for at et objekt kan okkupere to forskjellige tilstander samtidig - er delikat og kollapser lett. Derfor var det ikke umiddelbart åpenbart at den nye protokollen ville fungere.
Det er overraskende for forskere at kvantekoherens i deres protokoll fungerer som en ressurs, noe som gir en betydelig høy sannsynlighet for suksess for deteksjon. Den første demonstrasjonen av eksperimentet viste en markant økning i deteksjonseffektiviteten.
De gikk tilbake til tegnebrettet flere ganger for å dobbeltsjekke alt og kjørte teoretiske modeller. Modellene bekreftet resultatene - Effekten var der, faktisk.
Shruti Dogra ved Aalto-universitetet sa: "Vi demonstrerte også at selv svært laveffekts mikrobølgepulser kan oppdages effektivt ved å bruke protokollen vår."
Eksperimentet demonstrerte også en ny metode for å bruke kvanteenheter for å få en fordel fremfor klassiske - en kvantefordel. Den konvensjonelle konsensus blant forskere er at det vil kreves å oppnå en kvantefordel kvante datamaskiner med mange qubits. Likevel viste dette eksperimentet en reell kvantefordel med et relativt enkelt oppsett.
Paraoanu sa, "I kvanteberegning kan metoden vår brukes for å diagnostisere mikrobølge-fotontilstander i visse minneelementer. Dette kan betraktes som en svært effektiv måte å trekke ut informasjon uten å forstyrre funksjonen til kvanteprosessoren."
Ved å bruke sin nye tilnærming, utforsker forskere nå andre eksotiske former for informasjonsbehandling som kontrafaktisk kommunikasjon (kommunikasjon mellom to parter uten at noen fysiske partikler blir overført) og kontrafaktisk kvanteberegning (hvor resultatet av en beregning oppnås uten faktisk å kjøre datamaskin).
Tidsreferanse:
- Dogra, S., McCord, JJ & Paraoanu, GS Koherent interaksjonsfri deteksjon av mikrobølgepulser med en superledende krets. Nat Commun 13, 7528 (2022). GJØR JEG: 10.1038 / s41467-022-35049-z
