Mecanica cuantică ne arată cum pot cercetătorii să vadă „lucruri” fără să le privească

Ca regulă generală, dacă vrei să vezi ceva, ai nevoie de lumină. Citești aceste rânduri în acest moment doar datorită luminii de pe ecran, care este transmisă pe retină, convertită în semnale electrice și trimisă pe nervul optic, astfel încât creierul să o interpreteze ca pe o grămadă de cuvinte și imagini. Dar dacă ai putea vedea lucruri fără acest proces complicat? Ar putea părea imposibil, însă datorită lumii bizare a mecanicii cuantice, acest lucru este, de fapt, perfect posibil.

„Încă de la începuturile mecanicii cuantice, încercarea de a înțelege măsurătorile a fost o sursă bogată de fascinație intelectuală. Măsurătorile fără interacțiune aparțin clasei de testare a ipotezelor cuantice, în care se evaluează existența unui eveniment (de exemplu, prezența unei ținte într-o regiune a spațiului). Aici… sarcina este de a detecta prezența unui impuls de microunde… [astfel încât] la sfârșitul protocolului detectorul să nu fi absorbit ireversibil impulsul”, se arată într-o nouă lucrare publicată în revista Nature Communications.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Cu alte cuvinte, găsește o modalitate de a „vedea” un impuls de microunde fără să folosești niciun singur foton.

Experimentul are la bază proiectul unuia dintre laureații Premiului Nobel pentru Fizică din 2022

Echipa de la Universitatea Aalto, din Finlanda, care se află în spatele noii lucrări, nu ar fi prima care realizează o astfel de performanță. De fapt, experimentul cercetătorilor se bazează pe unul realizat inițial de Anton Zeilinger, unul dintre laureații Premiului Nobel pentru Fizică din 2022. Dar a existat o diferență crucială: Zeilinger lucrase cu lasere și oglinzi, mai degrabă decât cu microunde și supraconductori.

Din acest motiv, „a trebuit să adaptăm conceptul la diferitele instrumente experimentale disponibile pentru dispozitivele supraconductoare”, a explicat coautorul studiului, Gheorghe Sorin Paraoanu, într-un comunicat, conform IFLScience.

În loc de particule de lumină, echipa a folosit transmoni special modificați, un tip de qubit supraconductor conceput în 2007 pentru a detecta prezența impulsurilor de microunde.

„[Noi] a trebuit să modificăm protocolul standard fără interacțiune într-un mod crucial: am adăugat un alt strat de cuanticitate prin utilizarea unui nivel energetic mai ridicat al transmonului. Apoi, am folosit coerența cuantică a sistemului cu trei niveluri rezultat ca resursă”, a declarat Paraoanu.

Ce reprezintă coerența cuantică?

„Coerența cuantică” se referă la acea proprietate specială care face ca mecanica cuantică să fie atât de complicată. Este vorba despre paradoxul Pisicii lui Schrödinger, fiind vorba despre capacitatea obiectelor de a ocupa două stări diferite în același timp, chiar dacă, conform regulilor fizicii clasice, acest lucru ar trebui să fie imposibil. Cu toate acestea, lumea cuantică nu are astfel de probleme cu superpozițiile, iar echipa a reușit nu doar să lucreze cu acest efect, ci și să îl folosească în avantajul său.

Experimentul a fost un succes, iar modelele teoretice au confirmat rezultatele.

„Am demonstrat, de asemenea, că până și impulsurile de microunde de putere foarte mică pot fi detectate în mod eficient cu ajutorul protocolului nostru”, a adăugat Shruti Dogra, coautor al lucrării.

Un rezultat cu aplicații variate

Toate acestea ar putea să vă facă să vă gândiți că, descoperirea, deși grozavă, pare puțin de nișă. Dar iată care este partea interesantă: acest rezultat are aplicații mult mai largi decât o demonstrație drăguță de ciudățenie cuantică.

„În calculul cuantic, metoda noastră ar putea fi aplicată pentru diagnosticarea stărilor de microunde-foton în anumite elemente de memorie. Aceasta poate fi considerată o modalitate foarte eficientă de a extrage informații fără a perturba funcționarea procesorului cuantic”, a subliniat Paraoanu.

Între timp, echipa analizează deja și alte implicații ale descoperirilor lor, cum ar fi aplicații precum comunicarea contrafactuală, adică o comunicare între două părți în care nu sunt transferate particule fizice și calculul cuantic contrafactual, în care calculele pot da rezultate fără intervenția unui computer.

Vă mai recomandăm și: 

O descoperire în fizica cuantică revoluționează noua generație de dispozitive electronice

Premiul Nobel pentru Fizică 2022, acordat lui Alain Aspect, John F. Clauser și Anton Zeilinger

Cercetătorii au detectat originea fotonilor din emisiile misterioase de radiaţii gamma

Microundele direcționate au provocat boala misterioasă în cazul diplomaților americani din Cuba