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.
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.
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
Kvantoví vědci stvořili kočku, která opravuje chyby
Autor: Stanislav Mihulka (17.08.2020)
Průlom kvantové technologie: Kvantová paměť udržela qubit 20 milisekund
Autor: Stanislav Mihulka (25.03.2022)
Podivná nová fáze hmoty působí dojmem, že má dvě časové dimenze
Autor: Stanislav Mihulka (21.07.2022)
Diskuze:
ezoterika
Ivo jiří Gill,2022-12-31 10:04:33
A pak se vědci diví, že se šíří pavěda, když jsou sami jejím zdrojem.
Experimenty jsou samozřejmě v pořádku, ale jejich interpretace je pavědecká a esoterická. Např.: ".. 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."
To samozřejmě nebyl žádný experiment bez interakcí, ale experiment s kvantovou interakcí, kterou jsem zatím dostatečně nepopsali. A tak přestože je její působení evidentní, někteří nevnímají její existenci. Je opravdu legrační, jak tak dobří fyzici mohou být tak slabí ve filosofii, a vykládat si věci tak dětsky chybným způsobem.
Re: ezoterika
Jirka Naxera,2022-12-31 16:18:52
Mohl byste prosím před odsuzujícími soudy, prvně nastudovat alespoň ten jeden článek na wikipedii který sem házím asi po stopadesáté https://en.wikipedia.org/wiki/Elitzur%E2%80%93Vaidman_bomb_tester#Experiments
Ten samotný kvantový jev jsme dostatečně popsali, učí se ho každý student na první hodině kvantovky, a je velmi dobře pochopen. Nic, co by mělo vlastnosti interakce (výměna virtuální částice) tam opravdu není, jen nelokálnost kvantovky, a to, že částice nejsou tím, čím se na první pohled zdají.
Mimochodem, vůbec netvrdím, že pokud půjdete správnými otázkami do hloubky, nenarazíte na něco opravdu nedořešené https://en.wikipedia.org/wiki/Measurement_problem https://backreaction.blogspot.com/2019/10/what-is-quantum-measurement-problem.html ... Ale zrovna konkrétně práce pana Zeilingera je založená na té zcela nejjednodušší "školní" kvantovce z Coppenhagenu.
Lze.
Tomáš Šťastný,2022-12-29 18:45:03
" S prostředky každodenní reality nelze žádným způsobem zjistit, zda tam ten film je, aniž by došlo k jeho likvidaci."
Zvážením fotoaparátu film nezničíme.
Gábor Vlkolinský,2022-12-28 05:47:27
Takže už dokážeme zistiť stav bez jeho ovplyvnenia? Napríklad u dvojštrbinového experimentu?
Re:
Michal Varga,2022-12-30 00:05:25
Akýkoľvek spôsob merania spôsobuje kolaps vlnovej funkcie. Nezáleží na spôsobe merania. Proste ak meráš, fotón sa chová ako častica. V tom je to kúzlo.
Re: Re:
Václav Dvořák,2022-12-30 00:34:22
V tom případě bude asi potřeba zcela předefinovat pojem měření...
Re: Re: Re:
Jirka Naxera,2022-12-30 15:26:06
Tak (z clanku neni jasne vubec, ale ani trochu nic a original jsem jeste necetl, takze ciste jen odhad) ale on pojem mereni v kvantovce je uz tak dost nehezky), navic je potreba si uvedomit, _co_ merime (cemu nastava dekoherence).
A samozrejme si uvedomit, ze mereni v kvantovce nema s clovickem s AVOMETem v ruce moc spolecneho. (Date do cesty fotonu cernou desku a zapomenete na ni je mereni, date do cesty fotonu polarizacni filtr je mereni, date do cesty nejaky splitter polarizace a jednu z nich poslete do cerne desky je mereni, date do cesty splitter a obe polarizace pak zase spojite neni mereni...)
Kouknete treba sem, tady je to pekne vysvetlene https://en.wikipedia.org/wiki/Elitzur%E2%80%93Vaidman_bomb_tester - cele "mereni" je v podstate vzhuru nohama (ona bomba, kterou testujete, je tim kdo "meri" (pokud je aktivni, zpusobi dekoherenci), zatimco ten foton, kterym to testujete, je naopak kvantove merenym objektem.
(BTW on ten protokol jde optimalizovat, jestli se nepletu, tak jde udelat detekce pro libovolne nizkou pravdepodobnost exploze, nejen 50%)
Pavel Pesek,2022-12-27 05:28:43
Resp. měl bych se omluvit za slovník. určitě nechcete, aby vaše díla někdo označoval za bláboly. A i já to docela rád čtu. Jen mi to připadá jako méně ukotvené ve fyzikálních zákonech.
Pravdou je, že někde ve fyzikálních zákonech musí být díra, jinak by nemohla být inflace. Ale domnívám se, že to se může projevovat až od nějakých řádů energii výš.
Re:
Josef Hrncirik,2022-12-27 10:17:24
Experiment bez inter akce se velmi podobá halucinaci. Jakou má inter pretaci?
Re: Re:
Václav Dvořák,2022-12-30 00:36:29
Kvantová dimenze má vlastnosti halucinace... první krok bude přijmout toto jako první východisko.
Re: Re:
Jirka Naxera,2022-12-30 18:07:04
Na me to dela dojem, ze ona tam ta interakce ve skutecnosti je, ta mikrovlna (mimochodem, klasicka, ale to nevadi) v rezonanci tam primo hrabe do Hamiltonianu, takze k tomu, cemu obvykle rikame interakce tam ve skutecnosti dochazi.
K cemu nedochazi je konkretni druh interakce pohlcenim fotonu.
Ale (mozna to chapu hodne spatne) pripada mi to, jako tvrdit, ze zatimco kdyz zmenite drahu elektronu tim, ze do nej napalite gama fotonem, tak dojde k interakci, zatimco pri pruletu kolem nabiteho telesa se draha ohne bez jakekoli interakce.
(veci jako definovat drahu pomoci vlnoveho klubka, vymena virtualniho fotonu ktery zmeni faze a tim tu amplitudu "ohne" a dalsi kvantove legracky pro ted vynechme)
Re:
D. Landmayer,2022-12-27 19:49:06
Pane Pešku - zahájil jste diskusi dojmem a zpochybněním řádů. Obávám se, že jste vedle jak ta jedle. Co si nejprve o tom něco přečíst v Nature, než začnete s takovou kanonádou.
Re: Re:
Vladimír Bzdušek,2022-12-28 11:07:56
Tak pozor, asi tu ide o dve rôzne veci.
1. Niekto robí základný výskum v oblasti, do ktorej sa ja takmer vôbec nerozumiem. Popíše to v Nature. OK. Nekomentujem, nemám nárok.
2. Niekto o tom napíše článok do OSLA. Ten vyzneje ako totálny blábol. Ako si mám napr. interpretovať výrok:"kontrafaktuální kvantové výpočty, při nichž je výsledek získán bez faktického spuštění počítače" ? Poprosím o vysvetlenie, asi som príliš blbý, a nehanbím sa to priznať.
Kvantové měření odpovídá vždy realizací nějakého stavu vlnové fce
Pavel Pesek,2022-12-27 01:31:33
Tohle je strašně zajímavá oblast fyziky, ale hodně vágně napsaný článek. Totiž, v kvantoné mechanice je přímo jeden základní princip, který říká, že měření nějaké veličiny vźdy vede ke zhroucení vlnové fce a realizaci jednoho stavu ze superpozice různých stavů. To je ten výběr schredingerovy kočky, jestli je živá nebo mrtvá - o tom se rozhodne až při měření, neboli při otevření krabice, kdy kočku osvítím fotony, ty způsobí kolaps vlnové funkce kočky do jednoho ze dvou povolených stavů a následně odražené fotony tu informaci odnášejí do mých očí. Ale tady v článku se tvrdí, že je možné získat výsledek měření bez interakce a tedy zřejmě bez kolapsu vlnové fce. Píše se: "kontrafaktuální komunikace bez přenosu jakýchkoliv fyzických částic". Já to chápu tak, že tam nedochází k přenosu částic. Ale to přímo z principu kvantové mechaniky znamená, že nemůźu zjistit nic o stavu vlnové fce. Čili tohle by chtělo rozepsat, co se tím myslí, jak se to myslí. Jinak takto, jak je to napsané, mi to přijde jako blábol bez nějaké informační hodnoty. Takto to nemůže fungovat.
Re: Kvantové měření odpovídá vždy realizací nějakého stavu vlnové fce
Aleš Okon,2022-12-27 09:14:15
Možná pomůže přečtení původního článku k výzkumu: https://www.nature.com/articles/s41467-022-35049-z
Re: Re: Kvantové měření odpovídá vždy realizací nějakého stavu vlnové fce
Pavel Pesek,2022-12-27 20:07:34
Článek jsem přečetl. Jestli jsem pochopil správně, jedná se o nějaky set-up detektoru, který v případě, když jím neprojde žádnà mikrovlna, tak se na výstupu přepne ze stavu 0 do stavu 1. Ale pokud je na výstupu ve stavu 0, tak je jisté, že nějaká vlna prošla, protože bez jejího přispění se v 0 nemůže nacházet. A tomu říkají, že te vlna neinteragovala, zřejmě tím myslí, že neexcitovala ten stav do 1. Ale interaguje vždycky, jinak by se ten stav přepnul do 1 i bez té vlny. Pokud je v 1, není možné říct, jestli nějaká vlna prošla nebo ne. A klíčový je set up toho detektoru. Tam si nejsem jistý, zřejmě je to n-ramenný interferometr, ale musel bych ještě zkoumat, proč se bez vlny přepíná do stavu 1, to je klicove. A ma jeste stav 2. Cele to pochopit by mi jeste chvili trvalo.
Re: Re: Re: Kvantové měření odpovídá vždy realizací nějakého stavu vlnové fce
Jirka Naxera,2022-12-30 17:11:02
Jestli to chapu dobre, oni tam posilaj dva typy pulsu - merici Sn (ty muzou za prechod |0> -> |1>, a B pulsy (to jsou ty, ktere se snazi detekovat) - fig.1
Re: Re: Kvantové měření odpovídá vždy realizací nějakého stavu vlnové fce
František Luft,2022-12-28 01:29:29
Nebude to něco na podobném principu jako experiment "testování bomby"? "Bezinterakční měření". Kvantovka mi umožní zjistit, jestli je bomba schopná vybuchnout, aniž bych to nutně musel vyzkoušet. Jenom zjistím, jak vypadá interference všech možností systému a v ní uvidím, jestli ta zahrnuje i možnost vybuchnutí.
https://vesmir.cz/cz/casopis/archiv-casopisu/1998/cislo-5/kvantove-hlavolamy-iii.html
Re: Re: Re: Kvantové měření odpovídá vždy realizací nějakého stavu vlnové fce
Václav Dvořák,2022-12-30 00:42:43
Ta interference možností se nemění v čase ? Odpověď tedy bude jen taková, že bomba nemůže vybuchnout právě teď, to není v daném příkladu moc přínosné.
Na druhou stranu, pro přenos/zobrazení na dálku, a ne celkové měření, by to asi už bylo zajímavé (přičemž z povahy věci zde nedochází k supraluminálnímu přenosu přes provázanost, takže se neporušují základní axiomy).
Re: Re: Re: Re: Kvantové měření odpovídá vždy realizací nějakého stavu vlnové fce
Jirka Naxera,2022-12-30 15:53:28
Ona i ta bomba ma par pod koberec schovanych ale, ktere by se daly nazvat klasickym "measurment problem" - ale v podstate to ale neni nic slozitejsiho, nez celkem trivialni tvrzeni "pokud detekujete v 2sterbinovem experimentu foton v interferencnim minimu, tak Vam nekdo neco provadi alespon s jednou ze sterbin". Zadna zavislost na case tam neni.
Re: Re: Re: Re: Re: Kvantové měření odpovídá vždy realizací nějakého stavu vlnové fce
Václav Dvořák,2022-12-31 01:21:29
"provádí alespoň s jednou ze štěrbin" - to zní jako přítomný čas. Platilo by to před sekundou ?
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Kvantové měření odpovídá vždy realizací nějakého stavu vlnové fce
Jirka Naxera,2022-12-31 04:52:19
Ano, platilo, ale nic světoborného, čistě jen z toho, že tak je ten experiment definovaný https://en.wikipedia.org/wiki/Elitzur%E2%80%93Vaidman_bomb_tester (a tím pádem si můžete dovolit mnohokrát opakovat měření a tím snížit pravděpodobnost výbuchu na libovolně malé nenulové číslo)
Samozřejmě můžete ten experiment upravit a povolit změnu stavu, ale pak už půjde o úplně jiný (myšlenkový) experiment, také dozajista validní, ale nic nového nepřinášející (v podstatě tím omezíte počet následných testů a tedy při daná šanci na výbuch omezíte kvalitu detekce - koukněte na té wikině na odstavec "Improving probabilities via repetition"}.
Re: Kvantové měření odpovídá vždy realizací nějakého stavu vlnové fce
Ivo Lyčka,2022-12-27 19:03:25
Opravdu čekáte, že vám tady vysvětlí na několika řádcích tak rozsáhlý problém, že vám ho předloží jako na talíři? Berte osla spíše jako informátora, který vás upozorní na nějakou zajímavost.
Re: Re: Kvantové měření odpovídá vždy realizací nějakého stavu vlnové fce
Jirka Naxera,2022-12-30 15:57:01
Tak alespon zakladni nacrt principu, ktery neni uplne spatne, by si to zaslouzilo.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
