فیزیکدانان راهی جدید برای «دیدن» اجسام بدون نگاه کردن به آنها کشف کرده‌اند!
معمولاً برای اندازه‌گیری یک شی ء باید به نحوی با آن تعامل داشته باشیم. خواه با یک تکان یا تلنگر زدن، انعکاس امواج صوتی یا نوری.
در دنیای فیزیک کوانتومی، استثنا‌هایی برای این قاعده وجود دارد.
محققان دانشگاه آلتو در فنلاند روشی را برای «دیدن» پالس مایکروویو بدون جذب و گسیل مجدد هیچ گونه امواج نوری پیشنهاد کرده‌اند. این نمونه‌ای از یک اندازه‌گیری ویژه بدون تعامل است، که در آن چیزی بدون تکان خوردن توسط ذره‌ای میانجی مشاهده می‌شود.
مفهوم اساسی «نگاه کردن بدون لمس کردن» جدید نیست. فیزیکدانان نشان داده‌اند که می‌توان از ماهیت موج مانند نور برای کاوش فضا‌ها بدون برانگیختن رفتار ذره‌مانند آن با شکافتن امواج نور در مسیر‌های مختلف و سپس مقایسه گسیل‌های آنها استفاده کرد.
محققان به جای لیزر و آینه، از امواج مایکروویو و نیمه‌رسانا‌ها استفاده کردند. آنها از دستگاه ترانسمون transmon برای تشخیص موج الکترومغناطیسی که به داخل یک محفظه پالس می‌شود، استفاده کرد.ند
این دستگاه‌ها در حالی که از نظر استاندارد‌های کوانتومی نسبتاً بزرگ هستند، رفتار کوانتومی ذرات منفرد را در سطوح چندگانه با استفاده از یک مدار ابررسانا تقلید می‌کنند.
محققان در مقاله منتشر شده خود می‌نویسند: اندازه‌گیری بدون تعامل یک اثر کوانتومی پایه‌ای است که به موجب آن وجود یک جسم حساس به نور بدون جذب فوتون برگشت‌ناپذیر تعیین می‌شود. ما در اینجا مفهوم تشخیص بدون تعامل منسجم را پیشنهاد می‌کنیم و آن را به صورت تجربی با استفاده از یک مدار ترانسمون ابررسانا سه سطحی نشان می‌دهیم.»
این تیم به انسجام کوانتومی تولید شده توسط سیستم سفارشی خود – یعنی توانایی اشیاء برای اشغال دو حالت مختلف به طور همزمان، مانند گربه شرودینگر – برای موفقیت‌آمیز کردن راه‌اندازی پیچیده تکیه کردند.
«ما همچنین مجبور شدیم پروتکل استاندارد بدون تعامل را تغییر دهیم: با استفاده از سطح انرژی بالاتر ترانسمون، لایه کوانتومی دیگری را اضافه کردیم. سپس از انسجام کوانتومی سه سطح حاصل به عنوان منبع استفاده کردیم.«
آزمایش‌های انجام‌شده توسط این تیم با مدل‌های نظری تأییدکننده نتایج پشتیبانی شد. این نمونه‌ای از چیزی است که دانشمندان آن را مزیت کوانتومی quantum advantage می‌نامند، یعنی توانایی دستگاه‌های کوانتومی برای فراتر رفتن از آنچه با دستگاه‌های کلاسیک امکان‌پذیر است.
برای مواردی که تشخیص نیاز به لمس ملایم‌تری دارد، روش‌های جایگزین سنجش – مانند این مورد – می‌تواند مفید باشد.
حوزه‌هایی که این پروتکل را می‌توان در آنها اعمال کرد عبارتند از محاسبات کوانتومی، تصویربرداری نوری، تشخیص نویز و توزیع کلید رمزنگاری. در هر مورد، کارایی سیستم‌های درگیر به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد.
«در محاسبات کوانتومی، روش ما می‌تواند برای تشخیص حالت‌های مایکروویو-فوتون در عناصر حافظه خاص استفاده شود. این می‌تواند به عنوان یک روش بسیار کارآمد برای استخراج اطلاعات بدون ایجاد اختلال در عملکرد پردازنده کوانتومی در نظر گرفته شود.»
این تحقیق در Nature Communications منتشر شده.
