Físicos descobrem uma nova maneira de “ver” objetos sem olhar para eles: WebCuriosos

Normalmente, para medir um objeto devemos interagir com ele de alguma forma. Seja com um cutucão ou cutucada, um eco de ondas sonoras ou uma chuva de luz, é quase impossível olhar sem tocar.

No mundo da física quântica, existem algumas exceções a esta regra.

Pesquisadores da Universidade Aalto, na Finlândia, propõem uma maneira de “ver” um pulso de micro-ondas sem a absorção e reemissão de quaisquer ondas de luz. É um exemplo de medição especial sem interação, onde algo é observado sem ser abalado por uma partícula mediadora.

O conceito fundamental de “olhar sem tocar” não é novo. Os físicos demonstraram que é possível usar a natureza ondulatória da luz para explorar espaços sem evocar o seu comportamento semelhante a uma partícula, dividindo ondas de luz perfeitamente alinhadas através de diferentes caminhos e depois comparando as suas viagens.

Em vez de lasers e espelhosa equipe usou microondas e semicondutores, tornando-se uma conquista à parte. A configuração usou o que é conhecido como dispositivo transmon para detectar uma onda eletromagnética pulsada em uma câmara.

Embora relativamente grandes para os padrões quânticos, esses dispositivos imitam o comportamento quântico de partículas individuais em vários níveis usando um circuito supercondutor.

“A medição sem interação é um efeito quântico fundamental pelo qual a presença de um objeto fotossensível é determinada sem absorção irreversível de fótons”, escrevem os pesquisadores em seu relatório. artigo publicado.

“Aqui propomos o conceito de detecção coerente sem interação e o demonstramos experimentalmente usando um circuito transmon supercondutor de três níveis.”

A equipe confiou na coerência quântica produzida pelo seu sistema personalizado – a capacidade de objetos ocuparem dois estados diferentes ao mesmo tempo, como O gato de Schrödinger – para tornar a configuração complexa bem-sucedida.

“Tivemos que adaptar o conceito às diferentes ferramentas experimentais disponíveis para dispositivos supercondutores”, diz o físico quântico Gheorghe Sorin Paraoanuda Universidade Aalto, na Finlândia.

“Por causa disso, também tivemos que mudar o protocolo padrão livre de interação de uma forma crucial: adicionamos outra camada de quantum usando um nível de energia mais alto do transmon. Em seguida, usamos a coerência quântica dos três níveis resultantes. sistema como um recurso.”

Os experimentos realizados pela equipe foram respaldados por modelos teóricos que confirmam os resultados. É um exemplo do que os cientistas chamam de vantagem quântica, a capacidade dos dispositivos quânticos de irem além do que é possível com os dispositivos clássicos.

No delicado cenário da física quântica, tocar nas coisas é o mesmo que quebrá-las. Nada destrói mais uma onda de probabilidade do que a crise da realidade. Para casos em que a detecção necessita de um toque mais suave, métodos alternativos de detecção – como este – podem ser úteis.

As áreas nas quais este protocolo pode ser aplicado incluem computação quântica, imagem óptica, detecção de ruído e distribuição de chaves criptográficas. Em cada caso, a eficiência dos sistemas envolvidos seria significativamente melhorada.

“Na computação quântica, nosso método pode ser aplicado para diagnosticar estados de fótons de micro-ondas em certos elementos de memória”, diz Paraoanu. “Isso pode ser considerado uma forma altamente eficiente de extrair informações sem perturbar o funcionamento do processador quântico”.

A pesquisa foi publicada em Comunicações da Natureza.