일반적으로 객체를 측정하려면 어떤 방식으로든 객체와 상호 작용해야 합니다. 찌르는 소리나 찌르는 소리, 음파의 메아리, 빛의 소나기에 의한 것이든 만지지 않고는 보는 것이 거의 불가능합니다.
양자 물리학의 세계에는 이 규칙에 대한 몇 가지 예외가 있습니다.
핀란드 알토 대학(Aalto University)의 연구원들은 광파를 흡수하고 재방출하지 않고 마이크로파 펄스를 ‘보는’ 방법을 제안합니다. 매개 입자에 의해 흔들리지 않고 무언가가 관찰되는 특별한 상호 작용이 없는 측정의 예입니다.
‘만지지 않고 본다’는 기본 개념은 새로운 것이 아닙니다. 물리학자들은 깔끔하게 정렬된 빛의 파동을 서로 다른 경로를 통해 분할한 다음 그 여정을 비교함으로써 입자와 같은 동작을 유발하지 않고 공간을 탐색하기 위해 빛의 파동과 같은 특성을 사용할 수 있음을 보여주었습니다.
대신에 레이저와 거울팀은 마이크로파와 반도체를 사용하여 별도의 성과를 거두었습니다. 이 설정은 챔버로 펄스되는 전자기파를 감지하기 위해 트랜스몬 장치로 알려진 것을 사용했습니다.
양자 표준에 따라 상대적으로 크지만 이러한 장치는 초전도 회로를 사용하여 여러 수준에서 개별 입자의 양자 동작을 모방합니다.
“상호 작용이 없는 측정은 감광성 물체의 존재가 돌이킬 수 없는 광자 흡수 없이 결정되는 기본적인 양자 효과입니다.”라고 연구원들은 발표된 논문에서 썼습니다.
“여기서 우리는 일관된 상호 작용 없는 감지의 개념을 제안하고 3단계 초전도 트랜스몬 회로를 사용하여 실험적으로 시연합니다.”
팀은 복잡한 설정을 성공적으로 수행하기 위해 맞춤형 시스템(슈뢰딩거의 고양이와 같이 물체가 동시에 두 가지 다른 상태를 점유할 수 있는 기능)에서 생성된 양자 일관성에 의존했습니다.
“우리는 초전도 장치에 사용할 수 있는 다양한 실험 도구에 개념을 적용해야 했습니다.”라고 핀란드 Aalto 대학의 양자 물리학자 Gheorghe Sorin Paraoanu는 말합니다.
“그 때문에 우리는 또한 중요한 방식으로 표준 상호 작용 없는 프로토콜을 변경해야 했습니다. 우리는 트랜스몬의 더 높은 에너지 수준을 사용하여 양자성의 또 다른 계층을 추가했습니다. 자원으로서의 시스템.”
팀이 실행한 실험은 결과를 확인하는 이론적 모델로 뒷받침되었습니다. 이것은 과학자들이 양자 이점이라고 부르는 것, 즉 양자 장치가 기존 장치로 가능한 것 이상으로 발전할 수 있는 능력의 한 예입니다.
양자 물리학의 섬세한 풍경에서 사물을 만지는 것은 사물을 부수는 것과 비슷합니다. 현실의 위기처럼 깔끔한 확률의 물결을 망치는 것은 없습니다. 감지에 더 부드러운 터치가 필요한 경우 이와 같은 대체 감지 방법이 유용할 수 있습니다.
이 프로토콜을 적용할 수 있는 영역에는 양자 컴퓨팅, 광학 이미징, 노이즈 감지 및 암호화 키 배포가 포함됩니다. 각각의 경우 관련 시스템의 효율성이 크게 향상됩니다.
“양자 컴퓨팅에서 우리의 방법은 특정 메모리 요소에서 마이크로파 광자 상태를 진단하는 데 적용될 수 있습니다.”라고 Paraoanu는 말합니다. “이것은 양자 프로세서의 기능을 방해하지 않고 정보를 추출하는 매우 효율적인 방법으로 간주될 수 있습니다.”
이 연구는 네이처 커뮤니케이션즈.