Vanligvis, for å måle et objekt, må du samhandle med det på en eller annen måte: enten skyve eller slå, eller du trenger ekko av lydbølger eller en lysstrøm. Kort sagt, det er nesten umulig å se på et objekt uten noe interaksjon med det. Men det finnes unntak fra enhver regel, og de finnes i verden kvantefysikk.
Forskere ved Aalto-universitetet i Finland foreslår en måte å "se" en mikrobølgepuls uten å absorbere og gjenutstråle lysbølger. Dette er et eksempel på en spesiell måling uten interaksjon, når et objekt observeres uten interferens fra mediatorpartikler.
Det grunnleggende konseptet "se uten å røre" er ikke nytt. Fysikere har bevist at det er mulig å bruke lysets bølgelignende natur til å utforske rommet og ikke få det til å oppføre seg som partikler ved å dele opp nøyaktig justerte lysbølger i forskjellige baner og sammenligne banene deres.
I stedet for lasere og speil brukte teamet mikrobølger og halvledere, og dette er en egen prestasjon. Installasjonen brukte den såkalte transmon en enhet for å oppdage en elektromagnetisk bølge som laget pulser. Selv om de er relativt store etter kvantestandarder, etterligner disse enhetene kvanteoppførselen til individuelle partikler på mange nivåer ved å bruke en superledende krets.
"Måling uten interaksjon er en grunnleggende kvanteeffekt som bestemmer tilstedeværelsen av et lysfølsomt objekt uten irreversibel absorpsjon av fotoner," skriver forskerne i sin publiserte artikkel. "Her foreslår vi konseptet koherent deteksjon uten interaksjon og demonstrerer det eksperimentelt ved å bruke en tre-nivå superledende transmonkrets."
Teamet stolte på kvantekoherensen skapt av deres spesielle system (evnen til objekter til å okkupere to forskjellige tilstander samtidig, som Schrödingers berømte katt) for å gjøre det komplekse opplegget vellykket. "Vi måtte tilpasse konseptet til de forskjellige eksperimentelle verktøyene som er tilgjengelige for superledende enheter," sier forskere fra Aalto-universitetet. – På grunn av dette måtte vi også radikalt endre standardprotokollen uten interaksjon. Vi la til enda et lag med kvantitet ved å bruke et høyere energinivå transmon'.
Eksperimentene utført av teamet ble støttet av teoretiske modeller som støtter resultatene. Dette er et eksempel på det forskerne kaller kvantefordelen – kvanteenheters evne til å gå utover det som er mulig med klassiske enheter.
I kvantefysikk kan berøring av ting noen ganger føre til fatale konsekvenser. Så for tilfeller der arbeidet krever maksimal nøyaktighet, kan følgende alternative målemetoder være nyttige. Områder hvor denne ordningen kan brukes er bl.a kvanteberegning, optisk bildebehandling, støydeteksjon og kryptografisk nøkkeldistribusjon. I hvert tilfelle vil effektiviteten til de involverte systemene øke betydelig.
"I kvanteberegning kan metoden vår brukes til å diagnostisere mikrobølgefotontilstander i visse minneelementer," sier forskerne. "Dette kan sees på som en svært effektiv måte å trekke ut informasjon uten å forstyrre funksjonen til kvanteprosessoren."
Du kan hjelpe Ukraina med å kjempe mot de russiske inntrengerne. Den beste måten å gjøre dette på er å donere midler til Ukrainas væpnede styrker gjennom Redd livet eller via den offisielle siden NBU.
Også interessant: