73 кубита издържаха теста на Бел. Квантовата реалност току-що стана още по-реална

Когато физиката стане твърде честна, дори Вселената не може да се отдръпне.

Могат ли големите квантови системи наистина да се подчиняват на странните закони на квантовата физика, а не само да ги имитират? Международен екип от физици от Лайден, Пекин и Ханджоу даде ясен отговор на този въпрос. В ново изследване те доказаха, че дори сложни устройства, състоящи се от десетки кубита, наистина проявяват поведение, невъзможно от гледна точка на класическата физика.

Ключът към теста е идея, предложена от физика Джон Бел. Така нареченият тест на Бел работи като детектор на квантовата истина, който позволява да се разграничат истинските квантови ефекти от тяхната имитация. Досега подобни тестове се използваха за малки системи, но с развитието на квантовите технологии стана необходимо да се тестват и мащабни платформи. В новата работа учените са тествали корелациите на Бел върху процесор със 73 кубита – рекордно ниво на сложност.

Изследването е резултат от съвместната работа на теоретици от Лайденския университет и Университета Цинхуа и експериментатори от Университета Джъдзян. Вместо да измерват директно заплетените корелации на Бел, учените се възползват от нещо, в което квантовите устройства са особено добри – минимизиране на енергията. Те създават специално квантово състояние и установяват, че постигнатите енергийни нива са толкова ниски, че никоя класическа система не може да ги възпроизведе. Разликата се оказала поразителна – 48 стандартни отклонения, което на практика елиминира ролята на случайността.

Освен това изследователите отидоха по-далеч и доказаха съществуването на т.нар. истински многочастични корелации на Бел, при които всички кубити на системата трябва да участват в ефекта едновременно. Те успяха да потвърдят тези корелации в конфигурации от до 24 кубита, което се смята за изключително трудна задача.

Резултатът показва, че квантовите компютри не само увеличават размаха си, но и стават все по-„квантови“ по своята същност. Вече е възможно не само да се създават големи устройства, но и да се проверява дали те действително работят въз основа на фундаменталните квантови принципи.

Значението на работата далеч надхвърля рамките на теорията. Контролирането на корелациите на Бел може да бъде основа за по-стабилна квантова комуникация, стабилна криптография и нови алгоритми, които биха могли да отключат потенциала на квантовите изчисления.