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中國航空?qǐng)?bào)訊：我們的視覺是由我們視網(wǎng)膜中吸收光的特殊細(xì)胞實(shí)現(xiàn)的。但是，如果沒有對(duì)光的任何吸收，甚至沒有一個(gè)光子，人們能看到嗎？令人驚訝的是，答案是肯定的。假設(shè)你有一個(gè)可以容納一卷攝影膠片的相機(jī)盒。膠片是如此脆弱，甚至一個(gè)光子都可能損壞它。使用傳統(tǒng)的方法不可能確定墨盒中是否有膠片。然而，在量子世界中，它是可以實(shí)現(xiàn)的。2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主Anton Zeilinger是第一個(gè)用光學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)無交互作用實(shí)驗(yàn)想法的人。

現(xiàn)在，在一項(xiàng)探索量子和經(jīng)典世界之間聯(lián)系的研究中，阿爾托大學(xué)的Shruti Dogra、John J. McCord和Gheorghe Sorin Paraoanu發(fā)現(xiàn)了一種新的、更有效的方法來進(jìn)行無交互作用實(shí)驗(yàn)。該研究小組使用透鏡設(shè)備——一種相對(duì)較大但仍顯示出量子行為的超導(dǎo)電路來檢測經(jīng)典儀器產(chǎn)生的微波脈沖的存在。他們的研究最近發(fā)表在《自然通訊》上。

盡管Dogra和Paraoanu被Zeilinger研究小組的工作所吸引，但他們的實(shí)驗(yàn)室是以微波和超導(dǎo)體為中心，而不是以激光和鏡子為中心。

“我們必須使這個(gè)概念適應(yīng)超導(dǎo)設(shè)備的不同實(shí)驗(yàn)工具。正因?yàn)槿绱?，還必須以一種關(guān)鍵的方式改變標(biāo)準(zhǔn)的無交互作用協(xié)議，通過使用更高能量級(jí)別的透鏡，增加了另一層‘量子性’。然后，我們利用所產(chǎn)生的三層系統(tǒng)的量子相干性作為資源?！盤araoanu說。

量子一致性是指一個(gè)物體可以同時(shí)占據(jù)兩個(gè)不同的狀態(tài)——這是量子物理學(xué)所允許的。然而，量子連貫性是微妙的，很容易崩潰，所以新的協(xié)議是否能發(fā)揮作用并不明顯。令研究小組驚喜的是，該實(shí)驗(yàn)的第一次運(yùn)行顯示出檢測效率的明顯提高。他們多次回到繪圖板，運(yùn)行理論模型確認(rèn)他們的結(jié)果，并反復(fù)檢查一切，證明這種效果是存在的。

這樣一來，即使是非常低功率的微波脈沖也可以用這種協(xié)議有效地檢測出來。

該實(shí)驗(yàn)還顯示了一種新的方式，量子設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)典設(shè)備不可能實(shí)現(xiàn)的結(jié)果——這種現(xiàn)象被稱為量子優(yōu)勢。研究人員普遍認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢將需要有許多量子比特的量子計(jì)算機(jī)，但這個(gè)實(shí)驗(yàn)用一個(gè)相對(duì)簡單的設(shè)置證明了真正的量子優(yōu)勢。

基于不太有效的舊方法的無交互測量已經(jīng)在專門的過程中找到了應(yīng)用，如光學(xué)成像、噪聲檢測和加密密鑰分配，而新的和改進(jìn)的方法可以極大地提高這些過程的效率。

在量子計(jì)算中，我們的方法可以應(yīng)用于診斷某些存儲(chǔ)元件中的微波光子狀態(tài)。Paraoanu說：“這可以被視為一種高效的提取信息的方法，而不會(huì)干擾量子處理器的運(yùn)作?！?/p>

Paraoanu領(lǐng)導(dǎo)的小組還在利用他們的新方法探索其他奇特的信息處理形式，如反事實(shí)通信（雙方之間實(shí)現(xiàn)通信，但沒有任何物理粒子被轉(zhuǎn)移）和反事實(shí)量子計(jì)算（在事實(shí)上沒有運(yùn)行計(jì)算機(jī)的情況下獲得計(jì)算的結(jié)果）。

關(guān)鍵詞： 量子力學(xué) 研究人員