Увидеть невидимое — квантовая механика помогает ученым обнаруживать объекты без прямого наблюдения

Недавний эксперимент успешно связал квантовый и классический миры, делая шаг в сторону улучшения понимания принципов работы компьютеров нового поколения и некоторых трудно обнаружимых событий.

Увидеть невидимое — квантовая механика помогает ученым обнаруживать объекты без прямого наблюдения

Наше зрение функционирует, во многом, благодаря специализированным клеткам сетчатки, которые поглощают свет. Но можно ли видеть без поглощения света или хотя бы одного фотона? Удивительно, но ответ положительный.

Предположим, у вас есть картридж для фотокамеры, в который можно вместить рулон фотопленки. Пленка настолько тонкая, что даже один фотон может повредить ее. Обычными методами невозможно определить, есть ли в картридже пленка. Однако на квантовом уровне это достижимо, и недавно это удалось доказать экспериментально.

В исследовании связи между квантовым и классическим мирами ученые из Университета Аалто обнаружили новый и гораздо более эффективный способ проведения экспериментов без взаимодействия. Команда использовала трансмон-устройства — сверхпроводящие схемы, которые относительно велики, но все же демонстрируют квантовое поведение — для обнаружения присутствия микроволновых импульсов, генерируемых классическими приборами. Их исследование было опубликовано в Nature Communications.

В ходе построения эксперимента исследователям предстояло адаптировать теоретическую концепцию к различным инструментам, доступным для сверхпроводящих устройств. Из-за этого команде также пришлось кардинально изменить стандартный протокол без взаимодействия: они добавили еще один уровень "квантовости", используя более высокий уровень энергии трансмона. За счет квантовой когерентности удалось использовать получившуюся трехуровневую систему в качестве основного "ресурса".

Квантовая когерентность относится к возможности того, что объект может одновременно находиться в двух разных состояниях, что допускает квантовая физика. Однако квантовая когерентность деликатна и легко разрушается, поэтому не сразу стало очевидно, что новый протокол будет работать. К приятному удивлению команды, первые запуски эксперимента показали заметное увеличение эффективности обнаружения. Они несколько раз возвращались к чертежной доске, запускали теоретические модели, подтверждающие их результаты, и все перепроверяли. Эффект точно был.

Эксперимент также показал новый способ, с помощью которого квантовые устройства могут достигать результатов, невозможных для классических устройств, — явление, известное как квантовое преимущество. Исследователи обычно считают, что для достижения квантового преимущества потребуются квантовые компьютеры с большим количеством кубитов, но этот эксперимент продемонстрировал подлинное квантовое преимущество с использованием относительно более простой установки.

Измерения без взаимодействия, основанные на менее эффективной старой методологии, уже нашли применение в специализированных процессах, таких как оптическая визуализация, обнаружение шума и распределение криптографических ключей. Новый улучшенный метод может значительно повысить эффективность этих процессов.

Группа также исследует другие экзотические формы обработки информации, используя свой новый подход, такие как контрфактическая коммуникация (коммуникация между двумя сторонами без передачи каких-либо физических частиц) и контрфактуальные квантовые вычисления где результат вычислений получается без вмешательства из вне.

Читайте также

В России созданы планарные ионные ловушки для квантовых компьютеров

В России созданы планарные ионные ловушки для квантовых компьютеров

Рождение сверхпрочных материалов: как нанопокрытия обманывают физику разрушения

Рождение сверхпрочных материалов: как нанопокрытия обманывают физику разрушения

Новое исследование объяснило, почему мы пишем злые комментарии в соцсетях

Новое исследование объяснило, почему мы пишем злые комментарии в соцсетях

Древние листья предсказали судьбу современных лесов при глобальном потеплении

Древние листья предсказали судьбу современных лесов при глобальном потеплении

Ученые Стаффордширского университета раскрыли тайну проклятия мумий

Ученые Стаффордширского университета раскрыли тайну проклятия мумий

Ученые предложили новую версию путешествия 6-тонного камня Стоунхенджа из Шотландии

Ученые предложили новую версию путешествия 6-тонного камня Стоунхенджа из Шотландии

Ученые раскрыли пользу кимчи: пробиотики, витамины и жирные кислоты

Ученые раскрыли пользу кимчи: пробиотики, витамины и жирные кислоты

Ученые предложили новый сценарий происхождения первых клеток на Земле

Ученые предложили новый сценарий происхождения первых клеток на Земле

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

В России создали искусственное ухо с помощью гибридной 3D-биопечати

В России создали искусственное ухо с помощью гибридной 3D-биопечати

В Китае создали простую роборуку BioflexBot, которая оказалась гибче человеческой

В Китае создали простую роборуку BioflexBot, которая оказалась гибче человеческой

ИИ помог найти опасную уязвимость Zoom всего за 20 запросов

ИИ помог найти опасную уязвимость Zoom всего за 20 запросов

Телескоп James Webb обнаружил возможный новый тип космических объектов — «звезду-черную дыру»

Телескоп James Webb обнаружил возможный новый тип космических объектов — «звезду-черную дыру»