Sedan starten av kvantmekaniken har strävan efter att förstå mätningar varit en rik källa till intellektuell fascination. Den interaktionsfria mätningen är en fundamental kvanteffekt varvid närvaron av ett ljuskänsligt föremål bestäms utan irreversibel fotonabsorption.
I en studie som undersöker sambandet mellan kvantvärlden och den klassiska världen har forskare från Aalto University har upptäckt ett nytt och mycket mer effektivt sätt att genomföra interaktionsfria experiment. De föreslog konceptet med koherent interaktionsfri detektion och demonstrerade det experimentellt.
De använde en supraledande transmonenhet med tre nivåer för att detektera närvaron av mikrovågspulser som genereras av klassiska instrument. Transmonenheterna är supraledande kretsar som är relativt stora men som fortfarande visar kvantbeteende.
Anton Zeilinger, en av vinnarna av Nobelpriset i fysik 2022, var den första som implementerade idén om ett interaktionsfritt experiment med experimentellt optik.
Gheorghe Sorin Paraoanu vid Aalto-universitetet sa, ”Vi var tvungna att anpassa konceptet till de olika experimentella verktyg som finns tillgängliga för supraledande enheter. På grund av det var vi också tvungna att ändra det standardinteraktionsfria protokollet på ett avgörande sätt: vi lade till ytterligare ett lager av "kvantitet" genom att använda en högre energinivå för transmonen. Sedan använde vi kvantkoherens av det resulterande trenivåsystemet som en resurs."
Kvantkoherens - möjligheten att ett objekt kan uppta två olika tillstånd samtidigt - är känslig och kollapsar lätt. Därför var det inte direkt självklart att det nya protokollet skulle fungera.
Det är förvånande för forskare att kvantkoherens i deras protokoll fungerar som en resurs, vilket ger en avsevärt hög sannolikhet för detektionsframgång. Den första demonstrationen av experimentet visade en markant ökning av detektionseffektiviteten.
De gick tillbaka till ritbordet flera gånger för att dubbelkolla allt och körde teoretiska modeller. Modellerna bekräftade sina resultat- Effekten var där, faktiskt.
Shruti Dogra vid Aalto-universitetet sa, "Vi visade också att mikrovågspulser med mycket låg effekt kan detekteras effektivt med vårt protokoll."
Experimentet visade också en ny metod för att använda kvantanordningar för att få en fördel jämfört med klassiska - en kvantfördel. Den konventionella konsensusen bland forskare är att det kommer att krävas att uppnå en kvantfördel kvantdatorer med många kvantbitar. Ändå visade detta experiment en verklig kvantfördel med en relativt enkel installation.
Paraoanu sade, "Inom kvantberäkning kan vår metod användas för att diagnostisera mikrovågsfotontillstånd i vissa minneselement. Detta kan betraktas som ett mycket effektivt sätt att extrahera information utan att störa kvantprocessorns funktion."
Med sin nya metod utforskar forskare nu andra exotiska former av informationsbehandling som kontrafaktisk kommunikation (kommunikation mellan två parter utan att några fysiska partiklar överförs) och kontrafaktisk kvantberäkning (där resultatet av en beräkning erhålls utan att i själva verket köra dator).
Tidskriftsreferens:
- Dogra, S., McCord, JJ & Paraoanu, GS Koherent interaktionsfri detektering av mikrovågspulser med en supraledande krets. Nat Commun 13, 7528 (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-35049-z
