73 кубита прошли тест Белла. Квантовая реальность стала ещё реальнее

Могут ли крупные квантовые системы действительно подчиняться странным законам квантовой физики, а не просто имитировать их? Международная команда физиков из Лейдена, Пекина и Ханчжоу дала на это прямой ответ. В новом исследовании они доказали, что даже сложные устройства, состоящие из десятков кубитов, действительно демонстрируют поведение, невозможное с точки зрения классической физики.

Ключом к проверке стала идея, предложенная физиком Джоном Беллом. Так называемый тест Белла работает как детектор квантовой правды, позволяя отличить подлинные квантовые эффекты от их имитации. До сих пор такие тесты применялись на небольших системах, но с развитием квантовых технологий появилась необходимость проверять и масштабные платформы. В новой работе учёные протестировали белловские корреляции на процессоре с 73 кубитами — это рекордный уровень сложности.

Исследование стало результатом сотрудничества теоретиков из Лейденского университета и Цинхуа, а также экспериментаторов из Университета Чжэцзяна. Вместо того чтобы напрямую измерять запутанные белловские корреляции, учёные воспользовались тем, в чём квантовые устройства особенно хороши — минимизацией энергии. Они создали особое квантовое состояние и обнаружили, что достигнутые энергетические уровни были настолько низкими, что ни одна классическая система не смогла бы их воспроизвести. Разница оказалась поразительной — 48 стандартных отклонений — что практически исключает роль случайности.

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

Результат показывает, что квантовые компьютеры не только растут по размеру, но и становятся всё более «квантовыми» по сути. Теперь стало возможным не просто строить крупные устройства, а удостоверяться в том, что они действительно работают на основе фундаментальных квантовых принципов.

Значение работы выходит далеко за рамки теории. Управление белловскими корреляциями может стать основой для более надёжной квантовой связи , устойчивой криптографии и новых алгоритмов, которые смогут раскрыть потенциал квантовых вычислений.