Vuorovaikutuksettomia mittauksia

Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden tavan havaita ja mitata kohteita niin, etteivät he ole missään vuorovaikutuksessa kohteiden kanssa.

Aiempaa huomattavasti tehokkaampi koeprotokolla auttaa ymmärtämään kvanttimaailman ja klassisen fysiikan rajapintaa. Lisäksi se mahdollistaa entistä tarkemman mittaamisen esimerkiksi kvanttitietokoneissa.

Aalto-yliopiston tutkijat Shruti Dogra, John J. McCord ja Gheorghe Sorin Paraoanu ovat löytäneet uuden ja paljon tarkemman tavan toteuttaa mittauskokeita ilman vuorovaikutusta kohteen kanssa.

Jo vuonna 2006 Paraoanu osoitti vuorovaikutusvapaan mittausprotokollan kvanttipiirille, joka koostuu suprajohtavasta kubitista ja luennasta Josephson-liitoksessa. Mittaamalla kubitin tilaa voidaan varmistaa piirin läpi kulkevan virtapulssin olemassaolo aikaisemmalla hetkellä ilman energianvaihtoa kubitin ja pulssin välillä.

Kokeissaan ryhmä käytti nytkin transmonilaitteita eli suprajohtavia piirejä klassisten instrumenttien tuottamien mikroaaltopulssien havaitsemiseen.

Aallon tutkijat osoittivat, että pelkkä mikroaaltojen olemassaolo muutti transmonien energiatasoa. Mikroaallot siis havaittiin tarkastelemalla transmonien kvanttikoherenssiin perustuvaa muutosta ilman vuorovaikutusta.

Tulokset osoittivat, että menetelmän havaitsemistarkkuus oli huomattavasti parempi kuin aiemmissa optiikkaan perustuvissa menetelmässä eikä se muuttunut mihinkään, vaikka kokeita tehtiin lisää ja tutkijat kävivät menetelmänsä monta kertaa läpi virheiden varalta.

“Osoitimme myös, että menetelmällämme voi havaita myös erittäin heikkoja mikroaaltopulsseja,” Dogra kehuu.

Usein ajatellaan, että kvanttietu on erittäin työlästä saavuttaa. Esimerkiksi kvanttitietokoneiden puolella tutkijat uskovat kvanttiedun todistamisen vaativan valtavat määrät kubitteja.

Dogran, McCordin ja Paraoanun kehittämä menetelmä kuitenkin demonstroi kvanttiedun olemassaolon jo varsin yksinkertaisessa tilanteessa.

Vuorovaikutuksesta vapaita mittauksia tehdään jo monilla kvanttiteknologian eri osa-aluilla. Ne kuitenkin perustuvat aiempaan, optiikkaa hyödyntävään menetelmään. Nyt löytynyt uusi menetelmä voisi tehostaa näitä prosesseja huomattavasti.

“Kvanttilaskennassa menetelmäämme voitaisiin soveltaa mikroaaltofotonien tilojen diagnosointiin tietyissä muistielementeissä. Tätä voidaan pitää erittäin tehokkaana tapana poimia informaatiota ilman, että se häiritsee kvanttiprosessorin toimintaa”, sanoo Paraoanu.

Paraoanun johtama tutkimusryhmä aikoo tutkia menetelmällään muun muassa kontrafaktuaalista kommunikaatiota eli viestien lähettämistä kahden osapuolen välillä ilman fyysisten hiukkasten siirtoa ja kontrafaktuaalista kvanttilaskentaa, jossa laskennan tulos saadaan tietokonetta käyttämättä.

Aiheesta aiemmin

Tarkempia mittauksia mutkan kautta