עוד כשעוד עבדתי במעבדה, היה הרבה באז על משהו שנקרא "שליטה קוהרנטית". הרעיון הבסיסי היה קח את העקרונות של תיאוריית הבקרה המסורתית - אותה תיאוריה שגורמת לדברים כמו בקרת שיוט לעבוד - וליישם אותם על הקוונטים מערכות.
כמה רעיונות ותובנות מגניבים מאוד יצאו מהעבודה המוקדמת ההיא, אבל לקח זמן ליישם אותם. כעת, אולי אנחנו מתחילים לראות כמה יישומים מעשיים צצים, כאשר חוקרים מדגימים במאמר חדש את קירור אקטיבי של ממברנה באמצעות בקרה קוהרנטית.
המדידה גרועה
למערכת בקרה מסורתית יש משהו כמו מצב רצוי, כמו מהירות היעד של מכונית. על ידי מדידה חוזרת של מהירות מכונית והאצה או האטה, מערכת הבקרה יכולה להביא את המכונית למהירות היעד.
ההחלטה כמה האצה או האטה ליישם בכל רגע נתון היא האומנות האמיתית של בניית מערכת בקרה. אבל המפתח לכל התהליך הוא המדידה הזו. בלעדיו, מערכת הבקרה מתפרקת.
כדי לתת לכם מושג לאן אנו הולכים, נראה כיצד מערכת בקרה קוונטית חייבת להיות שונה ממערכת בקרה קלאסית. בואו נדמיין שיש לי מערכת קוונטית עם שני מצבים אפשריים שנקרא להם "למעלה" ו"למטה". המטרה שלי היא לפתח מערכת בקרה למערכת הקוונטית שלי. אני בוחר מצב יעד עבור המערכת - למעלה.
המערכת שלי מתחילה בסופרפוזיציה מאוזנת של למעלה ולמטה, כלומר אם אני מודד את מצב המערכת, יש לי סיכוי של 50 אחוז לקום." בחצי השני של הזמן, אני יורד. אולם לאחר המדידה, המצב נקבע, וכל מדידה נוספת תייצר אותו הדבר תוצאות. אין סיכוי לשנות את המערכת מכאן ואילך.
במילים אחרות, מערכת הבקרה שלי לא תעבוד חצי מהזמן, ובחצי השני לא יהיה לה מה לעשות.
מצב של שינוי
עם זאת, מערכת קוונטית אינה סטטית. כשהוא נשאר לעצמו, מצב הסופרפוזיציה הראשוני יתפתח - לאחר מספר שניות, ההסתברות למדוד "למעלה" לא תהיה 50 אחוז. אם אני מבין את המערכת הקוונטית שלי, אני יכול להניע את האבולוציה הזו עם אור, שדה מגנטי או בעיטה אחרת במכנסיים הקוונטים. אם הבעיטה שלי מתוזמן נכון - ובדיוק בכמות הנכונה - כשאני מודד, אני אמצא את המערכת במצב למעלה 100 אחוז מהזמן.
מה שתיארתי הוא רק חצי מערכת בקרה, שכן אני משתמש רק במודל (הבנתי) של המערכת הקוונטית כדי לבחור את התזמון והעוצמה של הבעיטה שאני נותן לה. ניתן להשלים את הלולאה על ידי מתן אפשרות למערכת הקוונטית לקיים אינטראקציה כלשהי עם הבעיטה שאני מיישם כך שהיא תדליק וכבה את עצמה בזמנים הנכונים. הדוגמה הפשוטה שלי לא מציעה מיד דרך לעשות זאת.
במערכת קוונטית מסובכת יותר, ההשפעה של מדידה עדינה יותר. הוא מציג פעולת גב שיכולה להגביל את יכולתך להגיע למצב היעד. בדוגמה הקרובה, המטרה היא לקרר ממברנה, שמשמעותה בעצם הוצאת כל התרמית אנרגיה ממנו כך שהממברנה רוטטת במצב האנרגיה הנמוך ביותר שלה - מצב עם כמות בודדת של אֵנֶרְגִיָה.
עכשיו דמיינו שמערכת הבקרה שלי מודדת את הרטט של הממברנה כדי להתאים את כלי מיצוי האנרגיה שלי (מה שזה לא יהיה). המדידה תוסיף לפחות כמות אחת של אנרגיה, כך שגם אם אפגע במצב המטרה, המדידה שלי תסיר את הממברנה ממצב המטרה על ידי הוספת אנרגיה. הימנעות משלב מדידה זה היא המרכיב הקסום למערכת הבקרה של החוקר.