Kvantové zařízení pro experiment bez interakcí. Kredit: Mikko Raskinen/Aalto University.

Když se díváme na svět, naše světločivné buňky sítnice absorbují fotony viditelného elektromagnetického záření. Je ale možné něco vidět bez jakékoliv absorpce? Bez jediného fotonu? Poněkud překvapivě zní odpověď ano, pokud pomůže kvantová mechanika. Kvantové triky dovedou přivádět k úžasu a tohle je další takový případ.

Jak pozoruhodně přibližují v tiskové zprávě finské Aalto University, představte si oldschoolový foťák, do něhož může být vložený film. Ten film je ale tak citlivý, že by ho zničil kontakt s byť jediným fotonem. S prostředky každodenní reality nelze žádným způsobem zjistit, zda tam ten film je, aniž by došlo k jeho likvidaci. Ve kvantové realitě je to ale jiné.

Shruti Dogra. Kredit: S. Dogra.

Shodou okolností byl jeden z letošních laureátů Nobelovy ceny za fyziku (2022) Anton Zeilinger první, kdo před časem uskutečnil s optikou, tedy s lasery a zrcadly, experiment bez interakcí. Na jeho výzkum volně navázala Shruti Dogra ze zmíněné Aalto University a její kolegové, kteří vyvinuli nový a mnohem efektivnější postup pro experimenty bez interakcí.

Logo. Kredit: Aalto University.

Badatelé použili transmonové qubity, čili supravodivé obvody, které jsou relativně velké, ale přitom stále vykazují kvantové chování – aby s nimi detekovali mikrovlnné pulzy, vysílané klasickými zařízeními.

Dogra a spol. kromě změny vybavení z optického na mikrovlnné a supravodivé rovněž vylepšili experiment tím, že přidali další úroveň „kvantovosti“, díky vyšší úrovni energie transmonu. Výsledný systém, v němž čile pracovala kvantová koherence, úspěšně detekoval i mikrovlnné pulzy o velmi nízké energii. Jde o nový typ „kvantové výhody“ (quantum advantage), tedy situace, kdy kvantové zařízení řeší problém kvalitněji než klasické zařízení. V tomto případě uspělo relativně jednoduché zařízení. Odborníci se přitom domnívali, že kvantová výhoda vyžaduje spoustu qubitů.

Tento výzkum by mohl přispět k podstatnému vylepšení procesů, které zahrnují kvantové prvky, jako je optické zobrazování, kryptografie nebo kvantové výpočty. Badatelé si ale ještě dělají zálusk na další exotické formy zpracování informace, jako je kontrafaktuální komunikace bez přenosu jakýchkoliv fyzických částic nebo kontrafaktuální kvantové výpočty, při nichž je výsledek získán bez faktického spuštění počítače. Máme se na co těšit.

Literatura

Aalto University 21. 12. 2022.

Nature Communications 13: 7528.