Квантовата физика позволява да видим неща, без да ги гледаме

Като общо правило, ако искате да видите нещо, имате нужда от светлина. Ето например, вие четете този текст в момента, благодарение на светлината от вашия екран, която се насочва към ретината ви, преобразува се в електрически сигнали и се изпраща до оптичния нерв, за да може мозъкът ви да ги интерпретира като куп думи и изображения.

Но какво ще стане, ако можете да видите нещата без цялата тази процедура? Може да звучи налудничаво – може би дори да противоречи на самото определение за виждане – но благодарение на странния свят на квантовата механика, всъщност е напълно възможно.

„От самото начало на квантовата механика стремежът да се разберат измерванията в този нов свят е богат източник на интелектуално очарование“, отбелязва нова статия, публикувана този месец.

„Измерванията без да се взаимодейства с измервания елемент принадлежат към един хипотетичен клас на квантовите тестове, където се определя дали едно събитие съществува (например, дали определена цел присъства в област от пространството)“, обяснява той. „Задачата ни бе да определим наличието на микровълнов импулс така, че в края на това определяне детекторът да не е абсорбирал необратимо въпросния импулс.“

С други думи: намерете начин да „видите“ микровълновия импулс, без да използвате нито един фотон.

Ако успее, екипът на университета Аалто зад новата статия няма да е първият, постигнал подобно постижение – всъщност техният експеримент се основава на друг, първоначално извършен от Антон Цайлингер, един от носителите на Нобелова награда за физика за 2022 г. Но има една съществена разлика: Цайлингер работи с лазери и огледала, а не с микровълни и свръхпроводници.

Поради тази причина „трябваше да адаптираме концепцията към различните експериментални инструменти, налични за свръхпроводящи устройства“, обяснява в изявление съавторът на изследването Георге Сорин Параоану. Вместо светлинни частици, екипът използва специално модифицирани трансмони – вид свръхпроводящ кюбит, проектиран през 2007 г. – за откриване на наличието на микровълнови импулси.

„Ние трябваше да променим стандартния процес за невзаимодействие по решаващ начин: добавихме още един слой на „квантовост“, като използвахме по-високо енергийно ниво на трансмона“, казва Параоану. „След това използвахме квантовата кохерентност на получената система от три нива като ресурс.“

„Квантовата кохерентност“ се отнася до това конкретно свойство, което прави квантовата механика толкова объркваща. Това е популярният парадокс на котката на Шрьодингер: способността на обектите да заемат две различни състояния едновременно – въпреки че според правилата на класическата физика това би трябвало да е невъзможно. Квантовият свят обаче няма такива проблеми със суперпозициите – и екипът успява не само да работи с този ефект, но и да го използва в своя полза.

Експериментът бе успешен – и теоретичните модели потвърждават резултатите. „Също така демонстрирахме, че дори микровълнови импулси с много ниска мощност могат да бъдат открити ефективно с помощта на нашия нов процес“, добави Шрути Догра, съавтор на статията.

Всичко това може да ни накара да си кажем, „добре, това е много чудесно и прекрасно, но не звучи като да има някакво невероятно приложение“. Но ето, че има: този резултат има приложения, които са много по-широки от просто сладка малка демонстрация на квантовата механика.

„В квантовите изчисления [в един квантов компютър] нашият метод може да се приложи за диагностициране на състояния на микровълнови фотони в определени елементи на паметта“, посочва Параоану. „Това може да се разглежда като високоефективен начин за извличане на информация, без да се нарушава функционирането на квантовия процесор.“

Междувременно екипът вече разглежда допълнителни последици от своите открития: приложения като съпоставителна комуникация – т.е. комуникация между две страни, в която не се прехвърлят физически частици – и съпоставително квантово изчисление, при което изчисленията могат да дадат резултати без самия компютър да се задейства.

Ако това ви звучи странно или безсмислено, не грешите. Но в квантовия свят този вид умопомрачителни концепции всъщност са просто съвсем стандартни неща.