看而不触：在没有相互作用的情况下进行测量

通常，要测量一个对象，我们必须以某种方式与其交互。无论是通过戳戳、声波回声或光扫描，几乎不可能不触摸就看到。

在量子物理学的世界里，这条规则有一些例外。

芬兰阿尔托大学的研究人员提出了一种无需吸收和重新发射任何光波即可“看到”微波脉冲的方法。这是一个特殊的无相互作用测量的例子，在这种测量中，观察到的东西不会被中介粒子扰乱。

“看而不触”的基本概念并不新鲜。 物理学家已经证明，可以利用光的波状性质来探索空间——通过不同路径分裂整齐排列的光波，然后再比较它们的光程——而不会引发其粒子状行为。

该团队没有使用传统的激光和镜子，而是使用了微波和半导体，所以属于最新颖的实验设计。该装置使用所谓的 transmon 设备来检测脉冲进入腔室的电磁波。

在量子计算中，更具体地说是在超导量子计算中，transmon 是一种超导电荷量子位，旨在降低对电荷噪声的敏感性。

虽然按照量子标准相对较大，但这些设备使用超导电路可在多个层面上模拟单个粒子的量子行为。

研究人员在他们发表的论文中写道：“无相互作用测量是一种基本的量子效应，通过这种效应可以在没有不可逆光子吸收的情况下确定光敏物体的存在。”

“在这里，我们提出了相干无相互作用检测的概念，并使用三级超导 transmon 电路通过实验证明了这一点。”

该团队依靠他们定制系统产生的量子相干性——物体同时占据两种不同状态的能力，就像薛定谔的猫——来使复杂的设置生效。

芬兰阿尔托大学的量子物理学家 Gheorghe Sorin Paraoanu 说：“我们必须使这个概念适应可用于超导设备的不同实验工具。正因为如此，我们还必须以一种关键的方式改变标准的无交互协议，我们通过使用更高能级的 transmon 添加了另一层量子性。然后，我们使用了由此产生的三级的量子相干性系统作为一种资源。”

实验结果支持了理论模型。这是科学家所说的量子优势的一个例子，量子设备超越经典设备的能力。

在量子物理学的微妙景观中，触摸对象近似于破坏它们。没有什么比现实坍缩更能破坏整齐的概率波了。对于检测需要更轻柔触摸的情况，替代的传感方法——比如这种方法——可能会派上用场。

该协议可应用的领域包括量子计算、光学成像、噪声检测和加密密钥分发。 在每种情况下，所涉及系统的效率都会得到显著提高。

“在量子计算中，我们的方法可用于诊断某些存储元件中的微波光子状态。”Paraoanu 说，“这可以被视为一种在不干扰量子处理器功能的情况下提取信息的高效方法。”

该研究已发表在《自然通讯》上。

https://www.sciencealert.com/physicists-discover-a-new-way-to-see-objects-without-looking-at-them