Обычно, чтобы измерить объект, мы должны каким-то образом взаимодействовать с ним. Будь то толчок или толчок, эхо звуковых волн или поток света, почти невозможно смотреть, не прикасаясь.
В мире квантовой физики есть некоторые исключения из этого правила.
Исследователи из Университета Аалто в Финляндии предлагают способ «увидеть» микроволновый импульс без поглощения и переизлучения каких-либо световых волн. Это пример специального измерения без взаимодействия, когда что-то наблюдают без того, чтобы мешать частице-посреднику.
Фундаментальная концепция «смотреть, не прикасаясь» не нова. Физики показали, что можно использовать волнообразную природу света для исследования пространств, не вызывая при этом его частицеподобного поведения, разделяя аккуратно выровненные волны света по разным путям, а затем сравнивая их путешествия.
Вместо лазеров и зеркал команда использовала микроволны и полупроводники, сделав это отдельным достижением. В установке использовалось так называемое трансмониторное устройство для обнаружения электромагнитной волны, посылаемой в камеру.
Хотя эти устройства относительно велики по квантовым стандартам, они имитируют квантовое поведение отдельных частиц на нескольких уровнях с помощью сверхпроводящей цепи.
«Измерение без взаимодействия — это фундаментальный квантовый эффект, при котором присутствие светочувствительного объекта определяется без необратимого поглощения фотонов», — пишут исследователи в своей опубликованной статье.
«Здесь мы предлагаем концепцию когерентного обнаружения без взаимодействия и демонстрируем ее экспериментально, используя трехуровневую сверхпроводящую схему трансмона».
Команда полагалась на квантовую когерентность, создаваемую их специальной системой — способность объектов занимать два разных состояния одновременно, как кошка Шредингера — чтобы сделать сложную установку успешной.
«Нам пришлось адаптировать эту концепцию к различным экспериментальным инструментам, доступным для сверхпроводящих устройств», — говорит квантовый физик Георге Сорин Параоану из Университета Аалто в Финляндии.
«Из-за этого нам также пришлось кардинально изменить стандартный протокол без взаимодействия: мы добавили еще один уровень квантования, используя более высокий уровень энергии трансмона. Затем мы использовали квантовую когерентность получившегося трехуровневого система как ресурс».
Эксперименты, проведенные командой, были подкреплены теоретическими моделями, подтверждающими результаты. Это пример того, что ученые называют квантовым преимуществом, способность квантовых устройств выйти за рамки того, что возможно с классическими устройствами.
В тонком ландшафте квантовой физики прикосновение к вещам сродни их поломке. Ничто так не разрушает аккуратную волну вероятности, как хруст реальности. В случаях, когда обнаружение требует более мягкого прикосновения, могут пригодиться альтернативные методы обнаружения, такие как этот.
Области, в которых может применяться этот протокол, включают квантовые вычисления, оптические изображения, обнаружение шума и распределение криптографических ключей. В каждом случае эффективность задействованных систем будет значительно повышена.
«В квантовых вычислениях наш метод может применяться для диагностики состояний микроволновых фотонов в определенных элементах памяти», — говорит Параоану. «Это можно рассматривать как высокоэффективный способ извлечения информации без нарушения работы квантового процессора».
No comments:
Post a Comment