Можно ли доказать, что большая квантовая система действительно подчиняется странным правилам квантовой механики, а не только имитирует это?
В новом исследовании физики из Лейдена, Пекина и Ханчжоу нашли ответ на этот вопрос. Они использовали тест Белла, разработанный известным физиком Джоном Беллом. Этот тест показывает, использует ли машина, такая как квантовый компьютер, действительно 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 Хорди Тура, Патрик Эмонтс, кандидат наук Мэнъяо Ху из Лейденского университета вместе с коллегами 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. Хотя это звучит странно, это реальный эффект, за который в 2022 году была присуждена Нобелевская премия по физике.
Как проводилось исследование?
Это был чрезвычайно амбициозный план, но хорошо оптимизированная стратегия команды сыграла решающую роль. Вместо того чтобы пытаться напрямую измерить сложные корреляции Белла, они сосредоточились на том, в чём квантовые устройства уже хороши: на минимизации энергии.
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 получен случайно.
Но команда не остановилась на этом. Они пошли дальше и подтвердили редкий и более требовательный тип нелокальности, известный как подлинные многочастичные корреляции Белла. В этом виде квантовой корреляции должны быть задействованы все кубиты в системе, что делает её гораздо сложнее для генерации и ещё сложнее для проверки. Удивительно, но исследователям удалось подготовить целую серию состояний с низкой энергией, которые прошли этот тест до 24 кубитов, подтверждая эти специальные корреляции эффективно.
Этот результат показывает, что квантовые компьютеры не только становятся больше, но и лучше проявляют и доказывают подлинное квантовое поведение.
Это 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.
Эти идеи — больше, чем просто теория. Понимание и контроль корреляций Белла могут улучшить квантовую связь, сделать криптографию более безопасной и помочь разработать новые квантовые алгоритмы.
quantum effects or just mimics them.”,”As quantum technologies become more mature, ever more stringent tests of quantumness become necessary. In this new study, the researchers took things to the next level, testing Bell correlations in systems with up to 73 qubits—the basic building blocks of a quantum computer.”,”The study involved a global team: theoretical physicists Jordi Tura, Patrick Emonts, Ph.D. candidate Mengyao Hu from Leiden University, together with colleagues from Tsinghua University (Beijing) and experimental physicists from Zhejiang University (Hangzhou). The work is published in the journal Physical Review X.”,”Quantum mechanics is the science that explains how the tiniest particles in the universe—like atoms and electrons—behave. It’s a world full of strange and counterintuitive ideas.”,”One of those is quantum nonlocality, where particles appear to instantly affect each other, even when far apart. Although it sounds strange, it’s a real effect, and it won the Nobel Prize in Physics in 2022. This research is focused on proving the occurrence of nonlocal correlation, also known as Bell correlations.”,”It was an extremely ambitious plan, but the team’s well-optimized strategy made all the difference. Instead of trying to directly measure the complex Bell correlations, they focused on something quantum devices are already good at: minimizing energy.”,”And it paid off. The team created a special quantum state using 73 qubits in a superconducting quantum processor and measured energies far below what would be possible in a classical system. The difference was striking—48 standard deviations—making it almost impossible that the result was due to chance.”,”But the team didn’t stop there. They went on to certify a rare and more demanding type of nonlocality—known as genuine multipartite Bell correlations. In this kind of quantum correlation, all qubits in the system must be involved, making it much harder to generate—and even harder to verify. Remarkably, the researchers succeeded in preparing a whole series of low-energy states that passed this test up to 24 qubits, confirming these special correlations efficiently.”,”This result shows that quantum computers are not just getting bigger—they are also becoming better at displaying and proving truly quantum behavior.”,”This study proves that it’s possible to certify deep quantum behavior in large, complex systems—something never done at this scale before. It’s a big step toward making sure quantum computers are truly quantum.”,”These insights are more than just theoretical. Understanding and controlling Bell correlations could improve quantum communication, make cryptography more secure, and help develop new quantum algorithms.”,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tLeiden University\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Quantum Physics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник