Представьте, что у вас есть кассета, в которой может находиться фотопленка, настолько чувствительная, что контакт с единственным фотоном ее разрушит. С помощью современных классических методов нет никакого способа узнать, есть ли в кассете пленка, но в квантовом мире это возможно, пишет Phys.org.

Австрийский физик Антон Цайлингер, лауреат Нобелевской премии 2022 года, доказал это экспериментально. А ученые из Университета Аальто открыли новый и более эффективный способ проведения экспериментов без взаимодействий. Они использовали трансмон — относительно большие сверхпроводящие схемы, но демонстрирующие квантовое поведение — чтобы обнаружить присутствие микроволновых импульсов от классических инструментов.

В отличие от опыта Цайлингера, группа применяла не лазеры и зеркала, а микроволны и сверхпроводники. «Нам пришлось адаптировать концепцию к другим экспериментальным инструментам, доступным для сверхпроводящих устройств. Поэтому мы также существенным образом изменили стандартный протокол без взаимодействий: добавили новый слой „квантовости“, задействовав более высокий энергетический уровень трансмона. Таким образом, мы использовали квантовую когерентность получившейся трехуровневой системы как ресурс», — пояснил Георге Сорин Параоану, один из исследователей.

Квантовая когеренция имеет отношение к возможности объекта принимать два различных состояния одновременно. Поскольку она хрупкая и легко нарушается, уверенности в том, что новый протокол сработает, у ученых не было. Однако первый же раунд эксперимента показал рост эффективности обнаружения. Протокол позволял обнаружить даже очень низкоэнергетические микроволновые импульсы.

Также проведенный эксперимент продемонстрировал новый способ достижения квантовыми устройствами результатов, недоступных для классических вычислительных машин — так называемого квантового превосходства.

Что касается перспектив применения, то, по словам ученых, их метод может применяться для диагностики СВЧ-фотонных состояний в определенных запоминающих элементах. Этот способ может стать очень эффективным для выделения информации без нарушения работы квантового процессора.

Вычислительная мощность современных квантовых машин относительно низкая и повысить ее непросто. Австрийские физики представили новую архитектуру универсального квантового компьютера, которая позволяет преодолеть существующие ограничения и может стать основой нового поколения квантовых компьютеров.