Di solito, per misurare un oggetto, è necessario interagire con esso in qualche modo: o spingere, o colpire, oppure è necessaria l'eco di onde sonore o un flusso luminoso. In breve, è quasi impossibile guardare un oggetto senza interagire con esso. Ma ci sono eccezioni a qualsiasi regola, ed esistono nel mondo fisica quantistica.
I ricercatori della Aalto University in Finlandia propongono un modo per "vedere" un impulso a microonde senza assorbire e irradiare nuovamente onde luminose. Questo è un esempio di misurazione speciale senza interazione, quando un oggetto viene osservato senza interferenze da particelle mediatrici.
Il concetto fondamentale di "vedere senza toccare" non è nuovo. I fisici hanno dimostrato che è possibile utilizzare la natura ondulatoria della luce per esplorare lo spazio e non farla comportare come particelle suddividendo onde luminose allineate con precisione in percorsi diversi e confrontando i loro percorsi.
Invece di laser e specchi, il team ha utilizzato microonde e semiconduttori, e questo è un risultato separato. L'installazione ha utilizzato il cosiddetto transmon un dispositivo per rilevare un'onda elettromagnetica che produceva impulsi. Sebbene relativamente grandi per gli standard quantistici, questi dispositivi imitano il comportamento quantistico delle singole particelle a molti livelli utilizzando un circuito superconduttore.
"La misurazione senza interazione è un effetto quantistico fondamentale che determina la presenza di un oggetto sensibile alla luce senza assorbimento irreversibile di fotoni", scrivono i ricercatori nel loro articolo pubblicato. "Qui proponiamo il concetto di rilevamento coerente senza interazione e lo dimostriamo sperimentalmente utilizzando un circuito transmon superconduttore a tre livelli".
Il team ha fatto affidamento sulla coerenza quantistica creata dal loro sistema speciale (la capacità degli oggetti di occupare due stati diversi contemporaneamente, come il famoso gatto di Schrödinger) per rendere il complesso schema di successo. "Abbiamo dovuto adattare il concetto ai vari strumenti sperimentali disponibili per i dispositivi superconduttori", affermano gli scienziati della Aalto University. - Per questo motivo, abbiamo anche dovuto cambiare radicalmente il protocollo standard senza interazione. Abbiamo aggiunto un altro livello di quantismo utilizzando un livello di energia più elevato transmon'.
Gli esperimenti condotti dal team sono stati supportati da modelli teorici a supporto dei risultati. Questo è un esempio di ciò che gli scienziati chiamano il vantaggio quantistico: la capacità dei dispositivi quantistici di andare oltre ciò che è possibile con i dispositivi classici.
Nella fisica quantistica, toccare le cose a volte può portare a conseguenze fatali. Quindi, per i casi in cui il lavoro richiede la massima precisione, possono tornare utili i seguenti metodi di misurazione alternativi. Le aree in cui questo schema può essere applicato includono informatica quantistica, imaging ottico, rilevamento del rumore e distribuzione delle chiavi crittografiche. In ogni caso, l'efficienza dei sistemi coinvolti aumenterà in modo significativo.
"Nell'informatica quantistica, il nostro metodo può essere utilizzato per diagnosticare stati di fotoni a microonde in alcuni elementi di memoria", affermano gli scienziati. "Questo può essere visto come un modo altamente efficiente per estrarre informazioni senza interrompere il funzionamento del processore quantistico".
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