Ordinairement, pour mesurer un objet, nous devons interagir avec lui d’une manière ou d’une autre. Que ce soit par un aiguillon ou un coup de coude, un écho d’ondes sonores ou une pluie de lumière, il est presque impossible de regarder sans toucher.
Dans le monde de la physique quantique, il existe quelques exceptions à cette règle.
Des chercheurs de l’Université Aalto en Finlande proposent un moyen de “voir” une impulsion micro-onde sans absorption ni réémission d’ondes lumineuses. C’est un exemple de mesure spéciale sans interaction, où quelque chose est observé sans être secoué par une particule médiatrice.
Le concept fondamental de « regarder sans toucher » n’est pas nouveau. Les physiciens ont montré qu’il est possible d’utiliser la nature ondulatoire de la lumière pour explorer des espaces sans évoquer son comportement de type particule en divisant des ondes de lumière parfaitement alignées sur différents chemins, puis en comparant leurs trajets.
À la place de lasers et miroirsl’équipe a utilisé des micro-ondes et des semi-conducteurs, ce qui en fait une réalisation distincte. La configuration a utilisé ce qu’on appelle un dispositif transmon pour détecter une onde électromagnétique pulsée dans une chambre.
Bien que relativement grands selon les normes quantiques, ces dispositifs imitent le comportement quantique de particules individuelles à plusieurs niveaux à l’aide d’un circuit supraconducteur.
“La mesure sans interaction est un effet quantique fondamental par lequel la présence d’un objet photosensible est déterminée sans absorption irréversible de photons”, écrivent les chercheurs dans leur article publié.
“Nous proposons ici le concept de détection cohérente sans interaction et le démontrons expérimentalement à l’aide d’un circuit transmon supraconducteur à trois niveaux.”
L’équipe s’est appuyée sur la cohérence quantique produite par leur système sur mesure – la capacité des objets à occuper deux états différents en même temps, comme le chat de Schrödinger – afin de réussir la configuration complexe.
“Nous avons dû adapter le concept aux différents outils expérimentaux disponibles pour les dispositifs supraconducteurs”, explique le physicien quantique Gheorghe Sorin Paraoanu, de l’université Aalto en Finlande.
“A cause de cela, nous avons également dû modifier le protocole standard sans interaction d’une manière cruciale : nous avons ajouté une autre couche de quantum en utilisant un niveau d’énergie plus élevé du transmon. Ensuite, nous avons utilisé la cohérence quantique du résultat à trois niveaux. système en tant que ressource.
Les expériences menées par l’équipe ont été étayées par des modèles théoriques confirmant les résultats. C’est un exemple de ce que les scientifiques appellent l’avantage quantique, la capacité des appareils quantiques à aller au-delà de ce qui est possible avec les appareils classiques.
Dans le paysage délicat de la physique quantique, toucher les choses revient à les casser. Rien ne ruine une belle vague de probabilité comme le craquement de la réalité. Pour les cas où la détection nécessite une touche plus douce, d’autres méthodes de détection – comme celle-ci – pourraient s’avérer utiles.
Les domaines dans lesquels ce protocole peut être appliqué comprennent l’informatique quantique, l’imagerie optique, la détection de bruit et la distribution de clés cryptographiques. Dans chaque cas, l’efficacité des systèmes impliqués serait considérablement améliorée.
“En informatique quantique, notre méthode pourrait être appliquée pour diagnostiquer les états micro-ondes-photons dans certains éléments de mémoire”, explique Paraoanu. “Cela peut être considéré comme un moyen très efficace d’extraire des informations sans perturber le fonctionnement du processeur quantique.”
La recherche a été publiée dans Nature Communications.
