Vanligtvis, för att mäta ett objekt, måste du interagera med det på något sätt: antingen trycka eller slå, eller så behöver du ekot av ljudvågor eller en ljusström. Kort sagt, det är nästan omöjligt att titta på ett föremål utan någon interaktion med det. Men det finns undantag från alla regler, och de finns i världen kvantfysik.
Forskare vid Aalto-universitetet i Finland föreslår ett sätt att "se" en mikrovågspuls utan att absorbera och återutstråla några ljusvågor. Detta är ett exempel på en speciell mätning utan interaktion, när ett föremål observeras utan störningar från mediatorpartiklar.
Grundbegreppet "se utan att röra" är inte nytt. Fysiker har bevisat att det är möjligt att använda ljusets vågliknande natur för att utforska rymden och inte få det att bete sig som partiklar genom att dela upp exakt inriktade ljusvågor i olika banor och jämföra deras banor.
Istället för lasrar och speglar använde teamet mikrovågor och halvledare, och detta är en separat prestation. Installationen använde den sk transmon en anordning för att detektera en elektromagnetisk våg som gav pulser. Även om de är relativt stora med kvantstandarder, efterliknar dessa enheter kvantbeteendet hos enskilda partiklar på många nivåer med hjälp av en supraledande krets.
"Mätning utan interaktion är en grundläggande kvanteffekt som bestämmer närvaron av ett ljuskänsligt föremål utan irreversibel absorption av fotoner", skriver forskarna i sin publicerade artikel. "Här föreslår vi konceptet med koherent detektion utan interaktion och demonstrerar det experimentellt med hjälp av en supraledande transmonkrets med tre nivåer."
Teamet förlitade sig på den kvantkoherens som skapades av deras speciella system (objektens förmåga att ockupera två olika tillstånd samtidigt, som Schrödingers berömda katt) för att göra det komplexa schemat framgångsrikt. "Vi var tvungna att anpassa konceptet till de olika experimentella verktyg som finns tillgängliga för supraledande enheter", säger forskare från Aalto-universitetet. – På grund av detta var vi också tvungna att radikalt ändra standardprotokollet utan interaktion. Vi lade till ytterligare ett lager av kvantitet genom att använda en högre energinivå transmon".
Experimenten som utfördes av teamet stöddes av teoretiska modeller som stöder resultaten. Detta är ett exempel på vad forskare kallar kvantfördelen – kvantenheternas förmåga att gå utöver vad som är möjligt med klassiska enheter.
Inom kvantfysiken kan beröring av saker ibland leda till ödesdigra konsekvenser. Så för de fall där arbetet kräver maximal noggrannhet kan följande alternativa mätmetoder komma till användning. Områden där detta system kan tillämpas inkluderar kvantberäkning, optisk bildbehandling, brusdetektering och kryptografisk nyckeldistribution. I varje fall kommer effektiviteten i de inblandade systemen att öka avsevärt.
"Inom kvantberäkning kan vår metod användas för att diagnostisera mikrovågsfotontillstånd i vissa minneselement", säger forskarna. "Detta kan ses som ett mycket effektivt sätt att extrahera information utan att störa kvantprocessorns funktion."
Du kan hjälpa Ukraina att slåss mot de ryska inkräktarna. Det bästa sättet att göra detta är att donera medel till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.
Också intressant: