我們的視覺是由我們視網膜中吸收光的特殊細胞實現的。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，它是可以實現的。2022年諾貝爾物理學獎得主Anton Zeilinger是第一個用光學實驗實現無交互作用實驗想法的人。

現在，在一項探索量子和經典世界之間聯繫的研究中，阿爾託大學的Shruti Dogra、John J. McCord和Gheorghe Sorin Paraoanu發現了一種新的、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備- 一種相對較大但仍顯示出量子行為的超導電路來檢測經典儀器產生的微波脈衝的存在。他們的研究最近發表在《自然通訊》上。

阿爾託大學的量子研究人員使用量子相干來檢測物體，而不需要看它們。資料來源：Mikko Raskinen/阿爾託大學

增加了一層”量子性”的實驗

儘管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超導設備的不同實驗工具。正因為如此，還必須以一種關鍵的方式改變標準的無交互作用協議，通過使用更高能量級別的透鏡，增加了另一層’量子性’。然後，我們利用所產生的三層系統的量子相干性作為資源，”Paraoanu說。

量子一致性是指一個物體可以同時佔據兩個不同的狀態–這是量子物理學所允許的。然而，量子連貫性是微妙的，很容易崩潰，所以新的協議是否能發揮作用並不明顯。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果，並反複檢查一切，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衝也可以用這種協議有效地檢測出來。

該實驗還顯示了一種新的方式，量子設備可以實現經典設備不可能實現的結果–這種現像被稱為量子優勢。研究人員普遍認為，實現量子優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置證明了真正的量子優勢。

基於不太有效的舊方法的無交互測量已經在專門的過程中找到了應用，如光學成像、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，我們的方法可以應用於診斷某些存儲元件中的微波光子狀態。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領導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（雙方之間實現通信，但沒有任何物理粒子被轉移）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果）。