Habituellement, pour mesurer un objet, vous devez interagir avec lui d'une manière ou d'une autre : soit pousser, soit frapper, soit vous avez besoin de l'écho d'ondes sonores ou d'un flux lumineux. En bref, il est presque impossible de regarder un objet sans une certaine interaction avec lui. Mais il y a des exceptions à toute règle, et elles existent dans le monde la physique quantique.
Des chercheurs de l'Université d'Aalto en Finlande proposent un moyen de "voir" une impulsion micro-onde sans absorber ni réémettre d'ondes lumineuses. Ceci est un exemple de mesure spéciale sans interaction, lorsqu'un objet est observé sans interférence de particules médiatrices.
Le concept fondamental de "voir sans toucher" n'est pas nouveau. Les physiciens ont prouvé qu'il est possible d'utiliser la nature ondulatoire de la lumière pour explorer l'espace et ne pas la faire se comporter comme des particules en divisant des ondes lumineuses précisément alignées en différents chemins et en comparant leurs chemins.
Au lieu de lasers et de miroirs, l'équipe a utilisé des micro-ondes et des semi-conducteurs, et c'est une réalisation distincte. L'installation a utilisé le soi-disant transmon un dispositif pour détecter une onde électromagnétique qui a fait des impulsions. Bien que relativement grands selon les normes quantiques, ces dispositifs imitent le comportement quantique des particules individuelles à de nombreux niveaux en utilisant un circuit supraconducteur.
"La mesure sans interaction est un effet quantique fondamental qui détermine la présence d'un objet sensible à la lumière sans absorption irréversible de photons", écrivent les chercheurs dans leurs travaux publiés. "Nous proposons ici le concept de détection cohérente sans interaction et le démontrons expérimentalement à l'aide d'un circuit transmon supraconducteur à trois niveaux."
L'équipe s'est appuyée sur la cohérence quantique créée par leur système spécial (la capacité des objets à occuper deux états différents en même temps, comme le célèbre chat de Schrödinger) pour réussir le schéma complexe. "Nous avons dû adapter le concept aux différents outils expérimentaux disponibles pour les dispositifs supraconducteurs", expliquent des scientifiques de l'université Aalto. - De ce fait, nous avons également dû changer radicalement le protocole standard sans interaction. Nous avons ajouté une autre couche de quanticité en utilisant un niveau d'énergie plus élevé transmon».
Les expériences menées par l'équipe ont été étayées par des modèles théoriques soutenant les résultats. Ceci est un exemple de ce que les scientifiques appellent l'avantage quantique - la capacité des appareils quantiques à aller au-delà de ce qui est possible avec les appareils classiques.
En physique quantique, toucher des choses peut parfois avoir des conséquences fatales. Ainsi, pour les cas où le travail nécessite une précision maximale, les méthodes de mesure alternatives suivantes peuvent s'avérer utiles. Les domaines dans lesquels ce régime peut être appliqué comprennent l'informatique quantique, imagerie optique, détection de bruit et distribution de clés cryptographiques. Dans chaque cas, l'efficacité des systèmes impliqués augmentera de manière significative.
"En informatique quantique, notre méthode peut être utilisée pour diagnostiquer les états des photons micro-ondes dans certains éléments de mémoire", expliquent les scientifiques. "Cela peut être considéré comme un moyen très efficace d'extraire des informations sans perturber le fonctionnement du processeur quantique."
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