Возможно ли подтвердить, что крупная квантовая система подчиняется необычным законам квантовой механики, или это лишь иллюзия? Новое исследование ученых из Лейдена, Пекина и Ханчжоу дает однозначный ответ. Эксперты предложили своего рода «квантовый детектор лжи» — известный эксперимент Белла, предложенный знаменитым физиком Джоном Беллом. Тест позволяет установить, применяет ли устройство, скажем, квантовый компьютер реальные квантовые явления либо всего лишь симулирует их, пишет ScienceDaily.
С развитием квантовых технологий возникает необходимость в ужесточении критериев проверки квантовых свойств. Физики подняли планку, испытав нарушение неравенства Белла в масштабных системах вплоть до 73 кубитов — ключевых элементов квантовых компьютеров. Это был смелый замысел, но грамотно продуманная тактика позволила команде добиться успеха. Ученые отказались от прямого измерения сложных белловских корреляций и сконцентрировались на аспекте, в котором квантовые системы уже доказали свою эффективность — снижении уровня энергии.
Предложенный подход оправдался. Экспериментаторам удалось создать уникальное квантовое состояние с участием 73 кубитов на сверхпроводниковом квантовом чипе и замерить уровни энергий, существенно отличающихся от возможностей классических систем. Разница оказалась поразительной — 48 стандартных отклонений, — что практически исключало случайность результата.
Ученые решили пойти дальше. Им удалось успешно выявить и проверить еще более сложную форму нелокальных связей — истинные многочастичные корреляции Белла. Здесь требуется одновременное взаимодействие всех кубитов системы, что усложняет как создание таких состояний, так и проверку их подлинности. Примечательно, что ученым удалось подготовить целый ряд низкоэнергетических состояний, которые прошли этот тест вплоть до 24 кубитов, убедительно продемонстрировав существование специфичных корреляций.
Полученные результаты наглядно демонстрируют, что рост размеров квантовых компьютеров сопровождается улучшением способности демонстрировать и подтверждать свое истинно квантовое поведение. Исследование подтверждает способность крупных и сложных квантовых систем проявлять глубокое квантовое поведение, что ранее было невозможно продемонстрировать в столь значительных масштабах. Такой прорыв приближает ученых к созданию настоящих квантовых компьютеров, функционирующих исключительно благодаря уникальным свойствам квантовой природы.
Ранее физики нашли способ обойти принцип неопределенности Гейзенберга. Подробнее об этом рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.