(Слева) Фотография сверхпроводящего квантового чипа, использованного в эксперименте, (справа) иллюстрация схемы соединений 73 кубитов, использованных в эксперименте.
Можете ли вы доказать, ведёт ли большая квантовая система себя действительно в соответствии со странными законами квантовой механики — или это только выглядит так? В новаторском исследовании физики из Лейдена, Пекина и Ханчжоу нашли ответ на этот вопрос.
Это можно назвать «квантовым детектором лжи»: тест Белла, разработанный знаменитым физиком Джоном Беллом. Этот тест показывает, использует ли машина, такая как квантовый компьютер, истинно квантовые эффекты или просто их имитирует.
По мере того как квантовые технологии становятся всё более зрелыми, требуются всё более строгие проверки «квантовости». В этом новом исследовании учёные вышли на следующий уровень, тестируя корреляции Белла в системах с числом кубитов до 73 — основных строительных блоков квантового компьютера.
В исследовании участвовала международная команда: теоретики Йорди Тура, Патрик Эмонтс, аспирантка Мэнъяо Ху из Лейденско́го университета вместе с коллегами из Пеки́нского университета (Пекин) и экспериментальные физики из Чжэцзя́нского университета (Ханчжоу).
Вместо того чтобы пытаться напрямую измерить сложные корреляции Белла, команда сосредоточилась на том, что квантовые устройства уже умеют делать хорошо: на минимизации энергии.
И это окупилось. Команда создала специальное квантовое состояние, используя 73 кубита в сверхпроводящем квантовом процессоре, и измерила энергии, значительно более низкие, чем те, что были бы возможны в классической системе. Разница была разительной — 48 стандартных отклонений — что делало почти невозможным предположение, что результат был случайным.
Но команда на этом не остановилась. Они пошли дальше и подтвердили наличие редкого и более требовательного типа нелокальности — известного как истинные многокомпонентные корреляции Белла. При таком виде квантовой корреляции все кубиты в системе должны быть вовлечены, что делает её гораздо более сложной для генерации — и ещё более сложной для проверки. Примечательно, что исследователям удалось подготовить целую серию низкоэнергетических состояний, которые прошли этот тест для систем размером до 24 кубитов, эффективно подтвердив наличие этих особых корреляций.
Этот результат показывает, что квантовые компьютеры не просто становятся больше — они также становятся лучше в демонстрации и доказательстве истинно квантового поведения.
Это исследование доказывает, что возможно подтвердить глубокое квантовое поведение в больших, сложных системах — чего раньше никогда не делали в таком масштабе. Это большой шаг на пути к тому, чтобы убедиться, что квантовые компьютеры действительно квантовые.
Источник: habr.com