Используя эксперимент Белла, ученые подтвердили, что крупные квантовые системы подчиняются законам квантовой механики.
Можно ли подтвердить, что крупная квантовая система подчиняется необычным законам квантовой механики, или это всего лишь иллюзия? Новое исследование специалистов из Лейдена, Пекина и Ханчжоу дает однозначный ответ. Ученые предложили своего рода «квантовый детектор лжи» — эксперимент Белла, разработанный известным физиком Джоном Беллом. Этот тест позволяет выяснить, использует ли устройство, например, квантовый компьютер, настоящие квантовые явления или лишь имитирует их, сообщает ScienceDaily.
С развитием квантовых технологий возникает необходимость в ужесточении критериев проверки квантовых свойств. Физики подняли планку, проверив нарушение неравенства Белла на масштабных системах до 73 кубитов — ключевых элементов квантовых компьютеров. Это был рискованный замысел, но тщательно продуманная стратегия позволила команде добиться успеха. Ученые отказались от прямого измерения сложных белловских корреляций и сосредоточились на аспекте, в котором квантовые системы уже доказали свою эффективность — снижении уровня энергии.
Предложенный подход оправдал себя. Экспериментаторам удалось создать уникальное квантовое состояние с участием 73 кубитов на сверхпроводниковом квантовом чипе и измерить уровни энергий, значительно отличающихся от возможностей классических систем. Разница оказалась впечатляющей — 48 стандартных отклонений, что практически исключало случайность результата.
Ученые решили продвинуться дальше. Им удалось успешно идентифицировать и проверить более сложную форму нелокальных связей — истинные многочастичные корреляции Белла. Для этого требуется одновременное взаимодействие всех кубитов системы, что усложняет как создание таких состояний, так и проверку их подлинности. Примечательно, что ученым удалось подготовить ряд низкоэнергетических состояний, которые прошли указанный тест вплоть до 24 кубитов, убедительно продемонстрировав существование специфичных корреляций.
Полученные результаты наглядно показывают, что увеличение размеров квантовых компьютеров сопровождается улучшением способности демонстрировать и подтверждать свое истинно квантовое поведение. Исследование подтверждает возможность крупных и сложных квантовых систем проявлять глубокое квантовое поведение, которое ранее было невозможно продемонстрировать в столь масштабных рамках. Этот прорыв приближает ученых к созданию настоящих квантовых компьютеров, функционирующих исключительно благодаря уникальным свойствам квантовой природы.
Фото: hi-tech.mail.ru