У свій час Альберт Ейнштейн був стурбований явищем квантової заплутаності. Відповідно до законів квантової механіки два заплутані об’єкти можуть поводитися як єдина система, не взаємодіючи один з одним та перебуваючи на значній відстані – зміна стану одного тягне за собою зміну стану іншого. Це порушує локальний реалізм – приховані змінні, які забезпечують відомі нам причинно-наслідкові зв’язки, тому фізик припускав, що квантова фізика помиляється.
Подібні побоювання давно вже спростовані – квантова фізика не піддається сумніву, а локальний реалізм насправді не описує нашу реальність. Проведений експеримент – далеко не перший досвід із квантовою заплутаністю, але його методика може підказати технології для покращення квантових обчислень.
Заплутані надпровідні кубіти (або трансмони, далі за текстом просто «кубіти») забезпечують вченим хороший контроль над системою, дозволяючи проводити велику кількість експериментів з високою точністю за короткий час для дослідження заплутаності. Кубіти управляються мікрохвильовим випромінюванням, для їхнього заплутування потрібно переміщати між ними кілька низькоенергетичних мікрохвильових фотонів, уникаючи впливу навколишнього середовища.
Відстань та середовище, що розділяє кубіти, повинні гарантувати, що світло не буде достатньо швидким для проходження між двома кубітами, порушуючи умови експерименту. Вчені розрахували, що для цього знадобиться відстань 30 м та надпровідник з алюмінію з температурою кілька мілікельвінів між ними.
Основна складність подібних експериментів – з високою точністю показати, що кореляція змін викликана саме заплутаністю, а не інформацією, що розповсюджується зі швидкістю світла. Тому потрібні або надвеликі відстані, або середовища, у яких світло максимально уповільнюється. Таким чином, зміна відбувається до того, як світло встигло пройти між об’єктами – в цьому випадку, кубітами.
Необхідність у низьких температурах обумовлена зв’язуванням кубітів за допомогою мікрохвильових фотонів. Вони легко губляться у будь-якому зовнішньому шумі, тому його необхідно звести до мінімуму охолодженням усіх об’єктів експерименту – кубітів та провідник. Не вдаючись до подробиць, умови були забезпечені за допомогою тридцятиметрової труби, рідкого азоту та гнучких з’єднань, що компенсують температурне стискання.
Така тендітна конструкція спрацювала напрочуд добре. Дослідники змогли провести понад мільйон окремих випробувань лише за 20 хвилин. Отримані кореляції виявилися вищими за межу, встановлену рівняннями Белла, на цілих 22 стандартних відхилення. Іншими словами, значення р результату було нижче 10 у ступені -108.
Двома основними факторами, що обмежують продуктивність системи, є помилки в кубітах і втрата фотонів, що використовуються для їхнього заплутування. Дослідники вважають, що вони можуть покращити обидві обставини та потенційно зробити кубіти найсуворішою перевіркою принципів квантової механіки. Але робота може стати більш значущою через те, як саме були заплутані кубіти – технологічні напрацювання допоможуть створювати квантові комп’ютери.
Сучасні квантові комп’ютери (знову ж таки, не вдаючись у деталі) незабаром можуть вимагати безлічі з’єднаних між собою квантових чипів по кілька сотень кубітів у кожному. Для роботи окремого чипа потрібне охолодження – так само як і на з’єднанні між ними. Експеримент демонструє можливість створення та охолодження квантової системи на значній відстані між об’єктами.
Джерело: Ars Technica