Физик Джон Белл разработал квантовый «детектор лжи» — тест Белла, который позволяет определить, применяет ли квантовый компьютер подлинные квантовые эффекты или лишь имитирует их. Об этом сообщает журнал Science Daily.
С развитием квантовых технологий возникает необходимость в все более строгих проверках квантового поведения. В данном исследовании ученые повысили уровень таких тестов, исследуя корреляции Белла в системах с количеством кубитов — ключевых элементов квантового компьютера — до 73.
В работе участвовали теоретические физики Хорди Тур, Патрик Эмонт, аспирант Мэньяо Ху из Лейденского университета, а также исследователи из Университета Цинхуа (Пекин) и экспериментальные физики из Университета Чжэцзян (Ханчжоу).
Квантовая механика изучает поведение мельчайших частиц вселенной, таких как атомы и электроны. Это область, полная необычных и противоречащих интуиции принципов, одним из которых является квантовая нелокальность — явление, при котором частицы могут мгновенно влиять друг на друга, даже находясь на большом расстоянии. Несмотря на свою странность, этот эффект считается реальным и был отмечен Нобелевской премией по физике в 2022 году.
Основным объектом исследования стали нелокальные корреляции, известные как корреляции Белла. Цель была очень амбициозной, но благодаря оптимальной стратегии команда добилась успеха — вместо того чтобы измерять сложные корреляции напрямую, ученые сосредоточились на снижении энергии.
Результаты оказались впечатляющими. Ученые создали специальное квантовое состояние на основе 73 кубитов сверхпроводящего квантового процессора и зафиксировали энергии, значительно ниже возможных в классических системах. Разрыв составил 48 стандартных отклонений, что практически исключает случайные факторы.
Работа не остановилась на этом: исследователи продолжили сертификацию более сложной разновидности нелокальности — подлинных многокомпонентных корреляций Белла. Для этого виду должно участвовать все множество кубитов в системе, что затрудняет как создание, так и проверку. Ученым удалось подготовить серию состояний с низкой энергией, прошедших тест для 24 кубитов и подтверждающих наличие таких корреляций с высокой степенью надежности.
Данное исследование доказывает возможность сертификации глубоких квантовых свойств в масштабных и сложных системах — ранее такого успеха не достигали. Это значительный шаг на пути к проверке подлинной квантовости квантовых компьютеров. Итоги работы важны не только с теоретической точки зрения: понимание и управление корреляциями Белла способствуют развитию квантовой коммуникации, повышению защиты криптографии и созданию новых квантовых алгоритмов.
26 сентября журнал Science Daily сообщил о разработке первого действующего квантового интернета инженерами Пенсильванского университета. Отмечается, что в отличие от классического интернета, передающего информацию битами (значениями 0 и 1), квантовый интернет применяет кубиты, которые могут находиться одновременно в нескольких состояниях благодаря явлению суперпозиции.