Физики открыли новый способ «видеть» объекты, не глядя на них
Обычно, чтобы измерить объект, мы должны каким-то образом с ним взаимодействовать. 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, не тряся частицей-посредником.
Фундаментальная концепция «смотреть, не прикасаясь» не нова. Физики показали, что можно использовать волнообразную природу света для исследования пространств, не вызывая его поведения, подобного частицам, путем разделения аккуратно выровненных волн света по разным путям и последующего сравнения их путешествий.
Вместо лазеров и зеркал команда использовала микроволны и полупроводники, что стало отдельным достижением. В установке использовалось так называемое трансмонное устройство для обнаружения электромагнитной волны, посылаемой в камеру.
Несмотря на то, что эти устройства относительно велики по квантовым стандартам, они имитируют квантовое поведение отдельных частиц на нескольких уровнях, используя сверхпроводящая цепь.
«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 чтобы объекты находились в двух разных состояниях одновременно, как кот Шредингера, чтобы сделать сложную установку успешной.
«Нам пришлось адаптировать концепцию к различным экспериментальным инструментам, доступным для сверхпроводящих устройств. es», — 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 квантовости. за счет использования более высокого уровня энергии трансмона. Затем мы использовали квантовую когерентность получившейся трехуровневой системы в качестве ресурса.»
Эксперименты, проведенные командой, были сохранены. с 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 деликатном ландшафте квантовой физики , прикосновение к вещам сродни их разрушению. Ничто так не разрушает аккуратную волну вероятности, как хруст реальности. В случаях, когда обнаружение требует более мягкого прикосновения, могут пригодиться альтернативные методы восприятия, 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 квантовой вычислений, наш метод может быть применен для диагностики состояний микроволновых фотонов в определенные элементы памяти», — говорит Параоану. «Это можно рассматривать как высокоэффективный способ извлечения информации без нарушения работы квантового процессора».
Исследование опубликовано в Nature Communications.
