Квантовый мир известен своей странностью: одна частица может находиться в двух местах одновременно, её свойства не определены до момента измерения, а сам акт измерения квантовой системы всё меняет. Но согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Physical Review Letters, квантовый мир ещё более странный, чем предполагалось ранее.
То, что происходит на квантовом уровне, резко контрастирует с классическим миром (тем, что мы видим каждый день), где объекты имеют определённые свойства независимо от того, наблюдаем мы их или нет, и наблюдение не меняет их природу. Чтобы определить, ведёт ли какая-либо система себя классически, учёные используют математический тест, называемый неравенством Леггетта-Гарга (LGI). Классические системы всегда подчиняются пределу LGI, в то время как квантовые системы нарушают его, доказывая свою неклассичность.
Однако даже в квантовых системах это нарушение имеет предел, называемый временной границей Цирельсона (TTB). В этом исследовании учёные хотели выяснить, смогут ли они преодолеть предел TTB и обнаружить ещё более экстремальные формы квантовой странности.
Ариджит Чаттерджи из Индийского института образования и исследований и его коллеги предположили, что новый вид квантового движения, при котором частица одновременно следует двум различным наборам инструкций движения, может быть достаточно мощным, чтобы преодолеть предел TTB. Они назвали это суперпозицией унитарных операций.
Команда проверила свою идею на машине ядерного магнитного резонанса (ЯМР), которая позволила им управлять кубитом (основным строительным блоком квантовой информации). В этом эксперименте кубитом было ядро углерода внутри молекулы. Исследователи разработали точную квантовую схему, используя вспомогательную частицу (вспомогательный кубит), чтобы заставить кубит следовать двум наборам инструкций одновременно. В частности, они объединили два разных вида магнитного вращения на кубите.
Когда система эволюционировала под воздействием этого нового комбинированного движения, изменения были немедленными и драматичными. Исследователи измерили нарушение LGI и обнаружили, что оно превысило предел TTB, подтвердив новый уровень квантовой странности.
Помимо этого экстремального поведения, они обнаружили, что сила нарушения LGI увеличивалась пропорционально тому, насколько они смешивали два движения. «Этот усиленный немакровареализм, количественно определяемый нарушением LGI за пределами TTB, увеличивается с увеличением суперпозиции между унитарными операциями», — отметили исследователи в своей статье.
Более того, суперпозиционное движение защищает от внешних шумов, которые обычно нарушают хрупкие квантовые состояния. «Наши суперпозиционные унитарные операции обеспечивают устойчивость к таким шумам за счёт значительного увеличения времени, в течение которого сохраняется нарушение LGI», — говорится в статье.
Этот внешний шум, или декогерентность, является одним из самых больших препятствий при создании квантовых компьютеров. Преодолев его, это исследование может помочь разработать план для более стабильных квантовых компьютеров и технологий.
© 2025 Science X Network
Больше информации в разделе [Квантовая физика](https://www.physicsforums.com/forums/quantum-physics.62/).