Ученые разработали новый метод, позволяющий определить, действительно ли крупная квантовая система функционирует на основе уникальных принципов квантовой механики или только имитирует их. Этот прорывной эксперимент дал ответ на вопрос о подлинности квантовых вычислений. В основе исследования лежит так называемый «квантовый детектор лжи» — тест Белла, который позволяет отличить истинные квантовые эффекты от их классического подражания.
С развитием квантовых технологий возрастает необходимость в строгих методах проверки их подлинности. В рамках последней работы международная команда физиков из Лейдена, Пекина и Ханчжоу расширила границы исследований, изучив корреляции Белла в системах, насчитывающих до 73 кубитов, являющихся фундаментальными элементами квантового компьютера. Этот эксперимент стал рекордным по своему масштабу и сложности.
Исследователи применили оригинальный подход, который оказался решающим для успеха. Вместо того чтобы напрямую измерять сложные корреляции Белла, они сосредоточились на задаче минимизации энергии, с которой квантовые устройства уже хорошо справляются. Используя 73 кубита на сверхпроводящем квантовом процессоре, ученые смогли создать уникальное квантовое состояние и зафиксировать энергетические уровни, которые оказались значительно ниже тех, что достижимы для любой классической системы. Разница составила 48 стандартных отклонений, что практически полностью исключает вероятность случайного результата.
Кроме того, команда смогла подтвердить наличие более редкого и сложного типа нелокальности, известного как подлинные многочастичные корреляции Белла. В этом виде квантовой связи должны участвовать все кубиты системы, что усложняет ее создание и проверку. Ученым удалось подготовить целую серию низкоэнергетических состояний, прошедших этот тест для систем до 24 кубитов. Это исследование доказывает, что можно сертифицировать глубокое квантовое поведение в больших и сложных системах, что открывает новые возможности для улучшения квантовой связи, повышения безопасности криптографии и разработки новых квантовых алгоритмов.
