Можно ли доказать, что большая квантовая система действительно подчиняется удивительным и странным правилам квантовой механики, а не только имитирует это?
В новом исследовании физики из Лейдена, Пекина и Ханчжоу нашли ответ на этот вопрос.
Для этого они использовали тест Белла, разработанный известным физиком Джоном Беллом. Этот тест показывает, действительно ли машина, такая как квантовый компьютер, использует квантовые эффекты или только имитирует их.
Почему это важно?
По мере развития квантовых технологий становятся необходимыми всё более строгие проверки квантовости. В этом новом исследовании учёные вывели проверку на новый уровень, протестировав корреляции Белла в системах с количеством кубитов до 73 — основных строительных блоков квантового компьютера.
Кто участвовал в исследовании?
В исследовании участвовала международная команда: теоретические физики Жорди Тура, Патрик Эмонтс, кандидат наук Мэнъяо Ху из Лейденского университета, а также коллеги из Университета Цинхуа (Пекин) и экспериментальные физики из Университета Чжэцзян (Ханчжоу). Работа опубликована в журнале Physical Review X.
Что такое квантовая механика?
Квантовая механика — это наука, объясняющая поведение мельчайших частиц во Вселенной, таких как атомы и электроны. Это мир, полный странных и неинтуитивных идей.
Что такое квантовая нелокальность?
Одной из таких идей является квантовая нелокальность, когда частицы кажутся мгновенно влияющими друг на друга, даже находясь на большом расстоянии друг от друга. Хотя это звучит странно, это реальный эффект, и за его открытие была присуждена Нобелевская премия по физике в 2022 году.
Исследование сосредоточено на доказательстве возникновения нелокальных корреляций, также известных как корреляции Белла.
Как проводилось исследование?
Команда создала специальное квантовое состояние, используя 73 кубита в сверхпроводящем квантовом процессоре, и измерила энергию, которая была намного ниже того, что было бы возможно в классической системе. Разница была поразительной — 48 стандартных отклонений, что делает практически невозможным, чтобы результат был случайным.
Учёные также подтвердили редкий и более требовательный тип нелокальности — подлинную многочастичную корреляцию Белла. В этом виде квантовой корреляции все кубиты в системе должны быть задействованы, что делает её гораздо сложнее для генерации и проверки.
Этот результат показывает, что квантовые компьютеры не только становятся больше, но и лучше проявляют и доказывают подлинное квантовое поведение.
Исследование доказывает, что можно подтвердить глубокое квантовое поведение в больших сложных системах — то, что раньше никогда не делалось в таком масштабе. Это большой шаг к тому, чтобы убедиться, что квантовые компьютеры действительно являются квантовыми.
Понимание и контроль корреляций Белла могут улучшить квантовую связь, сделать криптографию более безопасной и помочь разработать новые квантовые алгоритмы.