Desde o início da mecânica quântica, a busca pela compreensão das medições tem sido uma rica fonte de fascínio intelectual. A medição livre de interação é fundamental efeito quântico pelo qual a presença de um objeto fotossensível é determinada sem irreversibilidade absorção de fótons.
Num estudo que explora a ligação entre os mundos quântico e clássico, cientistas de Universidade de Aalto descobriram uma maneira nova e muito mais eficaz de realizar experimentos sem interação. Eles propuseram o conceito de detecção coerente sem interação e o demonstraram experimentalmente.
Eles usaram um dispositivo transmon supercondutor de três níveis para detectar a presença de pulsos de microondas gerados por instrumentos clássicos. Os dispositivos transmon são circuitos supercondutores relativamente grandes, mas ainda apresentam comportamento quântico.
Anton Zeilinger, um dos vencedores do Prêmio Nobel de Física de 2022, foi o primeiro a implementar experimentalmente a ideia de um experimento sem interação usando óptica.
Gheorghe Sorin Paraoanu, da Universidade Aalto, disse: “Tivemos que adaptar o conceito às diferentes ferramentas experimentais disponíveis para dispositivos supercondutores. Por causa disso, também tivemos que mudar crucialmente o protocolo padrão livre de interação: adicionamos outra camada de “quantidade” usando um nível de energia mais alto do transmon. Então, usamos o coerência quântica do sistema de três níveis resultante como um recurso.”
A coerência quântica – a possibilidade de um objeto ocupar dois estados diferentes simultaneamente – é delicada e entra em colapso facilmente. Conseqüentemente, não era imediatamente óbvio que o novo protocolo funcionaria.
É surpreendente para os cientistas que, no seu protocolo, a coerência quântica sirva como um recurso, produzindo uma probabilidade de sucesso de detecção significativamente elevada. A primeira demonstração do experimento mostrou um aumento acentuado na eficiência de detecção.
Eles voltaram à prancheta várias vezes para verificar tudo e executar modelos teóricos. Os modelos confirmaram seus resultados. O efeito estava presente, de fato.
Shruti Dogra, da Universidade Aalto, disse: “Também demonstramos que mesmo pulsos de micro-ondas de potência muito baixa podem ser detectados de forma eficiente usando nosso protocolo.”
O experimento também demonstrou um novo método para usar dispositivos quânticos para obter uma vantagem sobre os clássicos – uma vantagem quântica. O consenso convencional entre os cientistas é que para alcançar uma vantagem quântica será necessário computadores quânticos com numerosos qubits. No entanto, esta experiência provou ser uma vantagem quântica real com uma configuração relativamente simples.
Paraoanu dito, “Na computação quântica, nosso método poderia ser aplicado para diagnosticar estados de fótons de micro-ondas em certos elementos de memória. Isto pode ser considerado uma forma altamente eficiente de extrair informações sem perturbar o funcionamento do processador quântico.”
Usando a sua nova abordagem, os cientistas estão agora a explorar outras formas exóticas de processamento de informação, como a comunicação contrafactual (comunicação entre duas partes sem que quaisquer partículas físicas sejam transferidas) e a computação quântica contrafactual (onde o resultado de um cálculo é obtido sem, de facto, executar o processo). computador).
Jornal de referência:
- Dogra, S., McCord, JJ & Paraoanu, GS Detecção coerente de pulsos de microondas sem interação com um circuito supercondutor. Nat Commun 13 (7528). DOI: 10.1038 / s41467-022-35049-z
