Квантовые вычисления: сверхпроводящие кубиты прошли ключевое квантовое испытание

Тест Белла может подтвердить, действительно ли две системы запутаны — теперь он используется для подтверждения запутанности между кубитами в сверхпроводящих цепях.

Лия Крейн

10 мая 2023 г.

Квантовый компьютер IBM, использующий сверхпроводящие кубиты

ИБМ

Впервые сверхпроводящая цепь прошла тест Белла — главный тест в физике, подтверждающий квантовое поведение системы. Эти схемы используются в квантовых компьютерах, и этот тест доказывает, что их квантовые биты действительно запутаны.

Когда две частицы запутаны, измерение характеристик одной мгновенно влияет на измеренные характеристики другой, что называется нелокальной корреляцией. Когда это происходит, это означает, что эффекты запутывания должны распространяться быстрее света. Проверка этого странного квантового эффекта называется неравенством Белла, которое устанавливает предел того, как часто частицы могут случайно оказаться в одном и том же состоянии без присутствия фактической запутанности. Нарушение неравенства Белла является доказательством того, что пара частиц на самом деле запутана.

Испытания Белла проводились во многих системах, но ни разу в сверхпроводниковой цепи. Для проведения теста две запутанные системы должны находиться на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы сигнал не мог пройти между ними со скоростью света за время, необходимое для измерения обеих систем. Это сложно проверить в сверхпроводящей цепи, потому что все это должно храниться при температуре, близкой к абсолютному нулю. Впервые Саймону Шторцу из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе и его коллегам удалось провести тест Белла на такой схеме.

Реклама

Читать далее:

Квантового эксперимента, который мог бы доказать реальность, не существует

Они соединили две запутанные части схемы, называемые квантовыми битами или кубитами, с помощью микроволн, пропускаемых через охлажденную 30-метровую алюминиевую трубку, сохраняя при этом каждый кубит в отдельном холодильнике. Затем они использовали генератор случайных чисел, чтобы решить, какие измерения следует проводить с кубитами, чтобы избежать какой-либо человеческой предвзятости.

Исследователи провели более 4 миллионов измерений со скоростью 12 500 измерений в секунду — скорость, необходимая для того, чтобы каждая пара измерений происходила быстрее, чем свет может проходить по трубке между двумя кубитами. Проанализировав все эти данные вместе, они с высокой степенью уверенности обнаружили, что неравенство Белла было нарушено и кубиты действительно подвергались тому, что Альберт Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии», как и ожидалось.

Подпишитесь на нашу рассылку «Затерянные в пространстве-времени»

Распутайте странности реальности с помощью нашего ежемесячного информационного бюллетеня.

«Испытание подтверждает способность платформы использовать эти уникальные квантовые особенности для технологических приложений», — говорит Сторц. По его словам, успех соединения кубитов на расстоянии 30 метров особенно перспективен для квантовых вычислений и шифрования. «Это потенциальный путь к расширению масштабов использования квантовых компьютеров на основе сверхпроводящих схем, например, в будущих центрах, подобных квантовым суперкомпьютерам».

Ссылка на журнал:

Природа DOI: 10.1038/s41586-023-05885-0

Темы:

Реклама