Нідерландські та китайські фізики розробили тест для перевірки того, чи дійсно велика квантова система відповідає принципам квантової механіки, або лише імітує їх.

В основу того, що вони назвали “квантовим детектором брехні”, розробники поклали тест Белла, який дозволяє визначити, чи дійсно система, наприклад, квантовий комп’ютер, використовує квантові ефекти, або ж тільки імітує їх. 

У міру розвитку квантових технологій зростає потреба у більш точних методах підтвердження істинної квантової поведінки. Дослідники вивчили кореляції Белла в системах, що містять до 73 кубітів. 

До групи дослідників увійшли фізики-теоретики Джорді Тура, Патрік Емонтс та Меньяо Ху з Лейденського університету, а також співробітники з Університету Цінхуа в Пекіні та фізики-експериментатори з Чжецзянського університету в Ханчжоу. Замість того, щоб намагатися безпосередньо вимірювати складні кореляції Белла, вони зосередилися на задачі, з якою квантові пристрої вже успішно справляються: мінімізації енергії.

Їхній підхід виявився успішним. Використовуючи 73 кубіти на надпровідному квантовому процесорі, дослідникам вдалось створити унікальний квантовий стан і зареєструвати рівні енергії, значно нижчі за ті, яких здатна досягти будь-яка класична система. Результати виявилися напрочуд чіткими, з різницею в 48 стандартних відхилень, що практично виключає ймовірність випадковостей.

Дослідники продовжили сертифікувати рідкісний і складніший тип нелокальності, відомий як справжні багаточасткові кореляції Белла. У цьому типі квантової кореляції мають бути задіяні усі наявні у системі кубіти, що значно ускладнює генерацію та верифікацію самої системи. Дослідникам вдалося підготувати цілу низку низькоенергетичних станів, які пройшли цей тест аж до 24 кубітів, ефективно підтвердивши ці особливі кореляції.

Результати продемонстрували, що квантові комп’ютери починають краще демонструвати істину квантову поведінку. Це дослідження доводить можливість підтвердження глибокої квантової поведінки у великих і складних системах — чого раніше не вдавалося зробити в таких масштабах. Це важливий крок до того, щоб квантові комп’ютери стали по-справжньому квантовими. Розуміння та контроль кореляцій Белла можуть покращити квантову комунікацію, зробити криптографію безпечнішою та допомогти у розробці нових квантових алгоритмів.

Результати дослідження опубліковані у журналі Physical Review

Джерело: SciTechDaily