Зазвичай, щоб виміряти об’єкт, з ним потрібно якось взаємодіяти: або штовхнути, або вдарити, або необхідно відлуння звукових хвиль чи світловий потік. Коротше, практично неможливо подивитися на об’єкт без якоїсь з ним взаємодії. Але у будь-якого правила є винятки, і вони існують у світі квантової фізики.
Дослідники з Університету Аалто у Фінляндії пропонують спосіб «побачити» мікрохвильовий імпульс без поглинання та перевипромінювання будь-яких світлових хвиль. Це приклад спеціального вимірювання без взаємодії, коли якийсь об’єкт спостерігається без завад з боку частинок-посередників.
Фундаментальна концепція «дивитися, не торкаючись» не нова. Фізики довели, що можна використовувати хвилеподібну природу світла для дослідження простору і не змушувати його діяти як частинки завдяки розщепленню точно вирівняних хвиль світла різними шляхами та порівнянню їхніх шляхів.
Замість лазерів і дзеркал команда використовувала мікрохвилі та напівпровідники, і це вже окреме досягнення. Установка використовувала так званий трансмоновий пристрій для виявлення електромагнітної хвилі, що робила імпульси. Хоча ці пристрої відносно великі за квантовими стандартами, вони імітують квантову поведінку окремих частинок на багатьох рівнях за допомогою надпровідного контуру.
«Вимірювання без взаємодії є фундаментальним квантовим ефектом, за допомогою якого визначається наявність світлочутливого об’єкта без незворотного поглинання фотонів, – пишуть дослідники у своїй опублікованій роботі. – Тут ми пропонуємо концепцію когерентного виявлення без взаємодії та демонструємо її експериментальним чином, використовуючи трирівневу надпровідну трансмонову схему».
Команда спиралася на квантову когерентність, створену їхньою спеціальною системою (здатність об’єктів займати два різних стани одночасно, як у славнозвісного кота Шредінгера) для того, щоб зробити складну схему успішною. «Нам довелося адаптувати концепцію до різних експериментальних інструментів, доступних для надпровідних пристроїв, – кажуть науковці з Університету Аалто. – Через це нам також довелося кардинально змінити стандартний протокол без взаємодії. Ми додали ще один шар квантовості, використовуючи вищий енергетичний рівень трансмона».
Експерименти, які провела команда, були підкріплені теоретичними моделями, що підтверджують результати. Це приклад того, що вчені називають квантовою перевагою – здатністю квантових пристроїв виходити за рамки того, що можливо з класичними пристроями.
У квантовій фізиці дотик до речей інколи може призвести до фатальних наслідків. Тож для випадків, коли робота потребує максимальної акуратності, можуть стати в пригоді такі альтернативні методи вимірювання. Сфери, в яких ця схема може бути застосована, включають квантові обчислення, оптичну візуалізацію, виявлення шумів і розподіл криптографічних ключів. У кожному випадку ефективність залучених систем значно підвищиться.
«У квантових обчисленнях наш метод може бути застосований для діагностики мікрохвильових фотонних станів в певних елементах пам’яті, – говорять науковці. – Це можна розглядати як високоефективний спосіб вилучення інформації без порушення функціонування квантового процесора».
Ви можете допомогти Україні боротися з російськими окупантами. Найкращий спосіб зробити це – пожертвувати кошти Збройним Силам України через Savelife або через офіційну сторінку НБУ.
Також цікаво: