Naukowcy wykorzystują fizykę kwantową do obserwowania rzeczy bez patrzenia na nie



Jeśli chcesz coś zobaczyć, zwykle potrzebujesz światła. Na przykład światło, które właśnie padło z ekranu na siatkówkę, zamienia się w sygnały elektryczne i przekazuje je przez nerw wzrokowy do mózgu, gdzie są one ostatecznie interpretowane jako słowa i obrazy. Ale co by było, gdybyśmy mogli zobaczyć rzeczy bez tego całego wysiłku? Może się to wydawać niemożliwe - być może nawet sprzeczne z samą definicją wzroku - ale dzięki dziwacznemu światu mechaniki kwantowej jest to faktycznie możliwe.

Cytat:"Od wczesnych dni mechaniki kwantowej, dążenie do zrozumienia pomiarów było bogatym źródłem intelektualnej fascynacji" - mówi o tym badanie przeprowadzone przez naukowców z fińskiego Uniwersytetu Aalto w Espoo, opublikowane w czasopiśmie Nature Communications. "Pomiary bezinterakcyjne należą do klasy kwantowych testów hipotez, w których testuje się obecność zdarzenia (np. obecność celu w pewnym regionie przestrzeni). Tutaj... zadanie polega na wykryciu obecności impulsu mikrofalowego ... [takie], że detektor na końcu protokołu nie pochłonął nieodwracalnie impulsu".

Innymi słowy, znalezienie sposobu na "zobaczenie" impulsu mikrofalowego bez użycia ani jednego fotonu (cząstki światła, "paczki" energii, które tworzą promieniowanie elektromagnetyczne). Jeśli fińskiemu zespołowi badawczemu uda się tego dokonać, nie byliby jednak pierwszymi, którzy dokonali tego wyczynu - ich eksperyment opiera się na jednym z pierwotnie przeprowadzonych przez Antona Zeilingera, jednego z 2022 laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki. Była jednak jedna zasadnicza różnica: Zeilinger pracował z laserami i lustrami, a nie z mikrofalami i nadprzewodnikami, jak badacze z Aalto. Z tego powodu "musieliśmy dostosować koncepcję do różnych narzędzi eksperymentalnych dostępnych dla urządzeń nadprzewodzących", wyjaśnił współautor badania Gheorghe Sorin Paraoanu w oświadczeniu. Zamiast cząstek światła, zespół wykorzystał specjalnie zmodyfikowane transmony - rodzaj nadprzewodzącego qubitu opracowanego jeszcze w 2007 roku - do wykrywania obecności impulsów mikrofalowych.

Cytat:"Musieliśmy w zasadniczy sposób zmodyfikować standardowy protokół bezinterakcyjny: Dodaliśmy kolejny poziom kwantowy poprzez zastosowanie wyższego poziomu energetycznego transmonu. Następnie wykorzystaliśmy kwantową koherencję powstałego układu trójpoziomowego jako zasób."

Koherencja kwantowa opisuje szczególną właściwość, która sprawia, że mechanika kwantowa jest tak skomplikowana i została uwidoczniona przez paradoks kota Schrödingera: zdolność obiektów do przyjmowania dwóch różnych stanów w tym samym czasie - choć zgodnie z zasadami fizyki klasycznej powinno to być niemożliwe. W świecie kwantowym nie ma jednak takich problemów z superpozycjami - i zespół był w stanie nie tylko pracować z tym efektem, ale wykorzystać go na swoją korzyść.

Eksperyment zakończył się sukcesem - a modele teoretyczne potwierdziły ich wyniki. Udało im się pokazać, że nawet impulsy mikrofalowe o bardzo małej mocy mogą być skutecznie wykrywane za pomocą ich metody. Wynik ten otwiera możliwości wykraczające daleko poza ładną, małą demonstrację szalonych własności kwantów. Na przykład w przyszłości ich metoda mogłaby zostać wykorzystana w informatyce kwantowej do diagnozowania stanów mikrofalowych fotonów w określonych elementach pamięci. W ten sposób można by było wydobywać informacje bardzo wydajnie, nie zakłócając funkcji procesora kwantowego.

Tymczasem zespół bada już inne implikacje swoich odkryć: Zastosowania takie jak komunikacja kontrfaktyczna - czyli komunikacja między dwiema stronami, w której nie są przekazywane żadne cząstki fizyczne - oraz kontrfaktyczna informatyka kwantowa, w której obliczenia mogą dawać wyniki bez konieczności włączania samego komputera. 

---

Amon
www.strefa44.pl
www.strefa44.com.pl