Natuurkundigen ontdekken een nieuwe manier om dingen te ‘zien’ zonder ernaar te kijken: ScienceAlert

Normaal gesproken moeten we, om iets te meten, er op de een of andere manier op reageren. Of het nu een pulsatie of tinteling is, een echo van geluidsgolven of een spervuur ​​van licht, het is bijna onmogelijk om te kijken zonder aan te raken.

Op het gebied van de kwantumfysica zijn er enkele uitzonderingen op deze regel.

Onderzoekers van de Aalto Universiteit in Finland stellen een manier voor om een ​​microgolfpuls te “zien” zonder lichtgolven te absorberen en opnieuw uit te zenden. Het is een voorbeeld van een bijzondere interactievrije meting, waarbij iets wordt waargenomen zonder te worden getrild door een tussenliggend deeltje.

Het basisconcept van “kijken zonder aanraken” is niet nieuw. Natuurkundigen hebben aangetoond dat het mogelijk is om de golfachtige aard van licht te gebruiken om holtes te onderzoeken zonder hun deeltjesachtig gedrag te activeren door uitgelijnde lichtgolven nauwkeurig langs verschillende paden te splitsen en vervolgens hun reizen te vergelijken.

in plaats van Lasers en spiegelsgebruikte het team magnetrons en halfgeleiders, waardoor het een aparte prestatie werd. Gebruik de zogenaamde instelling zender Om een ​​pulserende elektromagnetische golf in een kamer te detecteren.

Hoewel deze apparaten naar kwantumnormen relatief groot zijn, simuleren ze het kwantumgedrag van individuele deeltjes op meerdere schalen met behulp van een supergeleidend circuit.

“Een interactievrije meting is een fundamenteel kwantitatief effect waarbij de aanwezigheid van een lichtgevoelig object wordt bepaald zonder onomkeerbare fotonenabsorptie”, schreven de onderzoekers in hun studie. gepubliceerd papier.

“Hier stellen we het concept van interactievrije coherente detectie voor en demonstreren we experimenteel met behulp van een supergeleidend transmissiecircuit met drie niveaus.”

Het team vertrouwde op kwantumcoherentie die werd gegenereerd door hun aangepaste systeem: het vermogen van objecten om twee verschillende toestanden tegelijkertijd in te nemen, zoals De kat van Schrödinger – Om een ​​complexe opstelling tot een succes te maken.

“We moesten het concept aanpassen aan de verschillende experimentele tools die beschikbaar zijn voor supergeleidende apparaten,” Quantumfysicus Jorge Soren Parawanu zegt:van de Aalto Universiteit in Finland.

“Daarom moesten we ook het standaard interactievrije protocol op een cruciale manier wijzigen: we voegden nog een kwantumlaag toe met een hoger energieniveau voor transmissie. Vervolgens gebruikten we de kwantumcoherentie van de resulterende drie niveaus van het systeem als een grondstof.”

De experimenten van het team werden ondersteund door theoretische modellen die de resultaten bevestigen. Het is een voorbeeld van wat wetenschappers het kwantumvoordeel noemen, het vermogen van kwantumapparaten om verder te gaan dan wat mogelijk is met klassieke apparaten.

In het delicate landschap van de kwantumfysica staat het aanraken van dingen gelijk aan het breken ervan. Niets bederft een prachtige golf van mogelijkheden zoals de realiteitscrisis. In gevallen waarin detectie een zachte aanraking vereist, kunnen alternatieve detectiemethoden, zoals deze, van pas komen.

Gebieden waarop dit protocol kan worden toegepast, zijn onder meer: Kwantitatieve statistieken, optische beeldvorming, ruisdetectie en cryptografische sleuteldistributie. In elk geval zal de efficiëntie van de betrokken systemen aanzienlijk worden verbeterd.

“In quantum computing kan onze methode worden toegepast om microfotontoestanden in specifieke geheugenelementen te karakteriseren,” zegt Paraoanu. “Dit kan worden gezien als een zeer efficiënte methode om informatie te extraheren zonder de functie van de kwantumprocessor te verstoren.”

Onderzoek gepubliceerd in Natuurcommunicatie.