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中國航空報訊：我們的視覺是由我們視網(wǎng)膜中吸收光的特殊細胞實現(xiàn)的。但是，如果沒有對光的任何吸收，甚至沒有一個光子，人們能看到嗎？令人驚訝的是，答案是肯定的。假設(shè)你有一個可以容納一卷攝影膠片的相機盒。膠片是如此脆弱，甚至一個光子都可能損壞它。使用傳統(tǒng)的方法不可能確定墨盒中是否有膠片。然而，在量子世界中，它是可以實現(xiàn)的。2022年諾貝爾物理學(xué)獎得主Anton Zeilinger是第一個用光學(xué)實驗實現(xiàn)無交互作用實驗想法的人。

現(xiàn)在，在一項探索量子和經(jīng)典世界之間聯(lián)系的研究中，阿爾托大學(xué)的Shruti Dogra、John J. McCord和Gheorghe Sorin Paraoanu發(fā)現(xiàn)了一種新的、更有效的方法來進行無交互作用實驗。該研究小組使用透鏡設(shè)備——一種相對較大但仍顯示出量子行為的超導(dǎo)電路來檢測經(jīng)典儀器產(chǎn)生的微波脈沖的存在。他們的研究最近發(fā)表在《自然通訊》上。

盡管Dogra和Paraoanu被Zeilinger研究小組的工作所吸引，但他們的實驗室是以微波和超導(dǎo)體為中心，而不是以激光和鏡子為中心。

“我們必須使這個概念適應(yīng)超導(dǎo)設(shè)備的不同實驗工具。正因為如此，還必須以一種關(guān)鍵的方式改變標準的無交互作用協(xié)議，通過使用更高能量級別的透鏡，增加了另一層‘量子性’。然后，我們利用所產(chǎn)生的三層系統(tǒng)的量子相干性作為資源?！盤araoanu說。

量子一致性是指一個物體可以同時占據(jù)兩個不同的狀態(tài)——這是量子物理學(xué)所允許的。然而，量子連貫性是微妙的，很容易崩潰，所以新的協(xié)議是否能發(fā)揮作用并不明顯。令研究小組驚喜的是，該實驗的第一次運行顯示出檢測效率的明顯提高。他們多次回到繪圖板，運行理論模型確認他們的結(jié)果，并反復(fù)檢查一切，證明這種效果是存在的。

這樣一來，即使是非常低功率的微波脈沖也可以用這種協(xié)議有效地檢測出來。

該實驗還顯示了一種新的方式，量子設(shè)備可以實現(xiàn)經(jīng)典設(shè)備不可能實現(xiàn)的結(jié)果——這種現(xiàn)象被稱為量子優(yōu)勢。研究人員普遍認為，實現(xiàn)量子優(yōu)勢將需要有許多量子比特的量子計算機，但這個實驗用一個相對簡單的設(shè)置證明了真正的量子優(yōu)勢。

基于不太有效的舊方法的無交互測量已經(jīng)在專門的過程中找到了應(yīng)用，如光學(xué)成像、噪聲檢測和加密密鑰分配，而新的和改進的方法可以極大地提高這些過程的效率。

在量子計算中，我們的方法可以應(yīng)用于診斷某些存儲元件中的微波光子狀態(tài)。Paraoanu說：“這可以被視為一種高效的提取信息的方法，而不會干擾量子處理器的運作。”

Paraoanu領(lǐng)導(dǎo)的小組還在利用他們的新方法探索其他奇特的信息處理形式，如反事實通信（雙方之間實現(xiàn)通信，但沒有任何物理粒子被轉(zhuǎn)移）和反事實量子計算（在事實上沒有運行計算機的情況下獲得計算的結(jié)果）。

關(guān)鍵詞： 量子力學(xué) 研究人員