З моменту появи квантової механіки пошуки розуміння вимірювань були багатим джерелом інтелектуального захоплення. Вимірювання без взаємодії є фундаментальним квантовий ефект за допомогою якого наявність світлочутливого об’єкта визначається без незворотності поглинання фотонів.
У дослідженні, що досліджує зв’язок між квантовим і класичним світами, вчені з Університет Аалто відкрили новий і набагато ефективніший спосіб проведення експериментів без взаємодії. Вони запропонували концепцію когерентного виявлення без взаємодії та продемонстрували її експериментально.
Вони використовували трирівневий надпровідний трансмоновий пристрій для виявлення наявності мікрохвильових імпульсів, що генеруються класичними приладами. Трансмонні пристрої — це надпровідні схеми, які є відносно великими, але все ще демонструють квантову поведінку.
Антон Зайлінгер, один із лауреатів Нобелівської премії з фізики 2022 року, першим експериментально реалізував ідею експерименту без взаємодії за допомогою оптики.
Георге Сорін Параоану з університету Аалто сказав: «Нам довелося адаптувати концепцію до різних експериментальних інструментів, доступних для надпровідних пристроїв. Через це нам також довелося суттєво змінити стандартний протокол без взаємодії: ми додали ще один рівень «квантовості», використовуючи вищий рівень енергії трансмона. Тоді ми використали квантова когерентність отриманої трирівневої системи як ресурсу».
Квантова когерентність - можливість того, що об'єкт може перебувати в двох різних станах одночасно - є делікатною і легко руйнується. Отже, не відразу було очевидно, що новий протокол працюватиме.
Для вчених дивно, що в їхньому протоколі квантова когерентність служить ресурсом, що забезпечує значно високу ймовірність успіху виявлення. Перша демонстрація експерименту показала помітне підвищення ефективності виявлення.
Вони кілька разів поверталися до креслярської дошки, щоб перевірити все ще раз і запустити теоретичні моделі. Моделі підтвердили свої результати – ефект справді був.
Шруті Догра з університету Аалто сказав: «Ми також продемонстрували, що навіть мікрохвильові імпульси дуже низької потужності можуть бути ефективно виявлені за допомогою нашого протоколу».
Експеримент також продемонстрував новий метод використання квантових пристроїв для отримання переваги над класичними – квантову перевагу. Загальноприйнятий консенсус серед вчених полягає в тому, що для досягнення квантової переваги буде потрібно квантові комп'ютери з численними кубіти. Тим не менш, цей експеримент довів реальну квантову перевагу завдяки відносно простій установці.
Параоану сказав, «У квантових обчисленнях наш метод може бути застосований для діагностики станів мікрохвильових фотонів у певних елементах пам’яті. Це можна вважати високоефективним способом вилучення інформації без порушення роботи квантового процесора».
Використовуючи свій новий підхід, вчені зараз досліджують інші екзотичні форми обробки інформації, як-от протифактичний зв’язок (зв’язок між двома сторонами без передачі будь-яких фізичних частинок) і контрфактичний квантовий обчислення (де результат обчислення отримується без фактичного запуску комп'ютер).
Довідка з журналу:
- Догра С., МакКорд Дж. Дж. & Параоану, Г. С. Когерентне виявлення мікрохвильових імпульсів без взаємодії з надпровідним контуром. Nat Commun 13, 7528 (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-35049-z
