科學家設計運用量子力學的新方法,可無光源間接觀察研究物體

2022/12/29

圖文引用自:technews

2022 年諾貝爾物理奬得主之一 Anton Zeilinger,是第一位透過光學實驗實現無交互作用(Interaction-free)實驗概念的人。如今探索量子世界與古典世界關聯性的研究,芬蘭阿爾托大學(Aalto University)Shruti Dogra、John J. McCord 及 Gheorghe Sorin Paraoanu 等科學家組成的研究團隊,發現更有效執行無交互作用實驗的新方法,能毫無光源間接觀察、研究特定物體,改善量子電腦與其他應用的測量結果。

我們能看到這世界,全因眼睛視網膜特殊細胞中光子的複雜交互作用。古典世界若沒有任何光源,無法看見任何事物,但量子世界反能做到。以傳統機械式相機底片為例,通常新底片會放在黑色膠卷盒,要拍照時才取出置入相機。如果桌上有一堆黑色膠卷盒,光憑肉眼當然無法確定哪些盒子是空的,且底片膠捲非常敏感,即使有一絲光線漏進都可能整卷曝光。但量子世界,就可不打開盒子也不會曝光,也能知道盒裡是否有底片。

阿爾托大學研究人員發現更有效執行無交互作用實驗的全新方法,相對 Zeilinger 雷射與鏡子實驗法,阿爾托大學專注微波與超導體。為了讓全新概念適應超導體元件的不同實驗工具,團隊還須改變標準無交互作用協定。他們透過使用更高能級的超導量子位元(transmon),新增另一層「量子特性」,接著將產生的三能級系統量子相干性(Quantum Coherence)當作資源。

讓研究團隊驚訝,實驗一開始就展現相當高的偵測效率,透過他們的協定,即使非常低功耗的微波脈衝也能有效偵測。實驗還透過相對簡單的設置證明絕對量子優勢(Quantum Advantage)。取得量子優勢方面,研究人員普遍共識就是必須使用配備大量比特位元(qubit)的量子電腦。

過去光學成像、雜訊偵測及密鑰分發等專業化程序,多半使用基於效率較低老舊方法的無交互作用測量。如今新方法可顯著提高程序效能。

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