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.
