Реальность квантовых систем стала более очевидна

Действительно ли масштабные квантовые системы подчиняются уникальным законам квантовой механики, а не просто имитируют их? Международная группа исследователей из Лейдена, Пекина и Ханчжоу предоставила убедительный ответ на этот вопрос. В своем новом исследовании они продемонстрировали, что даже сложные устройства, включающие десятки кубитов, проявляют поведение, несовместимое с классической физикой.

Ключевым элементом проверки стала концепция, предложенная физиком Джоном Беллом. Так называемый тест Белла действует как детектор квантовой истины, позволяя отличить истинные квантовые явления от их имитаций. Ранее такие тесты применялись к небольшим системам, но с развитием квантовых технологий возникла необходимость проверки и более крупных платформ. В новой работе ученые протестировали корреляции Белла на процессоре, содержащем 73 кубита — это беспрецедентный уровень сложности.

Исследование стало результатом совместной работы теоретиков из Лейденского университета и Университета Цинхуа, а также экспериментаторов из Университета Чжэцзяна. Вместо прямого измерения запутанных белловских корреляций, ученые использовали то, в чем квантовые устройства особенно сильны — минимизацию энергии. Они создали определенное квантовое состояние и обнаружили, что достигнутые уровни энергии были настолько низкими, что ни одна классическая система не смогла бы их воспроизвести. Разница оказалась поразительной — 48 стандартных отклонений — что практически исключает случайность.

Кроме того, исследователи продемонстрировали наличие так называемых подлинных многочастичных белловских корреляций, когда все кубиты системы должны участвовать в эффекте одновременно. Им удалось подтвердить эти корреляции в конфигурациях до 24 кубитов, что считается крайне сложной задачей.

Результат показывает, что квантовые компьютеры не только увеличиваются в размерах, но и становятся более «квантовыми» по своей сути. Теперь стало возможным не просто создавать крупные устройства, но и убеждаться в том, что они действительно работают на основе фундаментальных квантовых принципов.

Значение работы выходит за рамки теоретических изысканий. Управление белловскими корреляциями может стать основой для более надежной квантовой связи, устойчивой криптографии и новых алгоритмов, раскрывающих потенциал квантовых вычислений.

.