Um etwas zu messen, müssen wir normalerweise in irgendeiner Weise darauf reagieren. Ob es nun ein Pulsieren oder Kribbeln, ein Echo von Schallwellen oder ein Lichtblitz ist, es ist fast unmöglich zu sehen, ohne es zu berühren.
Im Bereich der Quantenphysik gibt es einige Ausnahmen von dieser Regel.
Forscher der Aalto-Universität in Finnland schlagen eine Möglichkeit vor, einen Mikrowellenimpuls zu „sehen“, ohne Lichtwellen zu absorbieren und wieder auszusenden. Es ist ein Beispiel für eine spezielle interaktionsfreie Messung, bei der etwas beobachtet wird, ohne von einem dazwischen liegenden Teilchen in Schwingung versetzt zu werden.
Das Grundkonzept „Schauen ohne Anfassen“ ist nicht neu. Physiker haben gezeigt, dass es möglich ist, die wellenartige Natur des Lichts zu nutzen, um Hohlräume zu untersuchen, ohne ihr partikelartiges Verhalten auszulösen, indem ausgerichtete Lichtwellen entlang verschiedener Pfade präzise aufgeteilt und dann ihre Reisen verglichen werden.
Anstatt von Laser und Spiegelverwendete das Team Mikrowellenherde und Halbleiter, was es zu einer eigenständigen Errungenschaft machte. Verwenden Sie die sogenannte Einstellung Sender Zur Erkennung einer in einem Raum pulsierenden elektromagnetischen Welle.
Obwohl diese Geräte für Quantenstandards relativ groß sind, simulieren sie das Quantenverhalten einzelner Teilchen auf mehreren Skalen mithilfe eines supraleitenden Schaltkreises.
„Eine interaktionsfreie Messung ist ein grundlegender quantitativer Effekt, bei dem das Vorhandensein eines lichtempfindlichen Objekts ohne irreversible Photonenabsorption bestimmt wird“, schreiben die Forscher in ihrer Studie. veröffentlichtes Papier.
„Hier schlagen wir vor und demonstrieren experimentell das Konzept der interaktionsfreien kohärenten Detektion unter Verwendung einer dreistufigen supraleitenden Übertragungsschaltung.“
Das Team verließ sich auf die Quantenkohärenz, die von ihrem benutzerdefinierten System erzeugt wurde – die Fähigkeit von Objekten, zwei verschiedene Zustände gleichzeitig einzunehmen, wie z Schrödingers Katze – Um ein komplexes Setup zum Erfolg zu führen.
„Wir mussten das Konzept an die verschiedenen experimentellen Werkzeuge anpassen, die für supraleitende Geräte zur Verfügung stehen“, Der Quantenphysiker Jorge Soren Parawanu sagt:von der Aalto-Universität in Finnland.
„Aus diesem Grund mussten wir auch das standardmäßige interaktionsfreie Protokoll entscheidend ändern: Wir fügten eine weitere Quantenschicht hinzu, die ein höheres Energieniveau für die Übertragung verwendet, und nutzten dann die Quantenkohärenz der resultierenden drei Ebenen des Systems als eine Ressource.“
Die Experimente des Teams wurden durch theoretische Modelle unterstützt, die die Ergebnisse bestätigen. Es ist ein Beispiel dafür, was Wissenschaftler den Quantenvorteil nennen, die Fähigkeit von Quantengeräten, über das hinauszugehen, was mit klassischen Geräten möglich ist.
In der heiklen Landschaft der Quantenphysik ist das Berühren von Dingen gleichbedeutend damit, sie zu zerbrechen. Nichts verdirbt eine wunderbare Welle von Möglichkeiten so sehr wie eine Realitätskrise. In Situationen, in denen die Erkennung eine sanftere Berührung erfordert, können alternative Erfassungsmethoden – wie diese – nützlich sein.
Bereiche, in denen dieses Protokoll angewendet werden kann, umfassen: Quantitative Statistiken, optische Bildgebung, Rauscherkennung und kryptografische Schlüsselverteilung. In jedem Fall wird die Effizienz der beteiligten Systeme stark verbessert.
„Im Quantencomputing lässt sich unsere Methode anwenden, um Mikrophotonenzustände in bestimmten Speicherelementen zu charakterisieren“, sagt Paraoanu. „Dies kann als eine hocheffiziente Methode zum Extrahieren von Informationen angesehen werden, ohne die Funktion des Quantenprozessors zu stören.“
Forschung veröffentlicht in Naturkommunikation.
