Büyük bir kuantum sisteminin kuantum mekaniğinin garip ve harika kurallarına göre gerçekten davrandığını veya sadece öyle göründüğünü kanıtlayabilir misiniz? Yeni bir çalışmada, Leiden, Pekin ve Hangzhou’dan fizikçiler bu sorunun cevabını buldular.
“Kuantum yalan dedektörü” diyebilirsiniz: Bell’in ünlü fizikçi John Bell tarafından tasarlanan testi. Bu test, kuantum bilgisayar gibi bir makinenin gerçekten kuantum efektlerini kullanıp kullanmadığını veya sadece bunları taklit edip etmediğini gösterir.
Kuantum teknolojileri daha olgunlaştıkça, daha katı kuantum testleri gerekli hale gelir. Bu yeni çalışmada, araştırmacılar bir sonraki seviyeye taşıdı ve 73 kubit olan sistemlerde çan korelasyonlarını test etti – kuantum bilgisayarın temel yapı taşları.
Çalışmada küresel bir ekip vardı: teorik fizikçiler Jordi Tura, Patrick Emonts, Ph.D. Leiden Üniversitesi’nden Mengyao Hu, Tsinghua Üniversitesi’nden (Pekin) meslektaşları ve Zhejiang Üniversitesi’nden (Hangzhou) deneysel fizikçilerle birlikte. Çalışma dergide yayınlandı Fiziksel inceleme x.
Kuantum fiziği dünyası
Kuantum mekaniği, evrendeki en küçük parçacıkların – atomlar ve elektronlar gibi – nasıl olduğunu açıklayan bilimdir. Garip ve mantıksız fikirlerle dolu bir dünya.
Bunlardan biri, parçacıkların birbirinden uzak olsa bile birbirlerini anında etkilediği görülen kuantum -lokalite. Kulağa garip gelse de, bu gerçek bir etki ve 2022’de Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı. Bu araştırma, Bell korelasyonları olarak da bilinen yerel olmayan korelasyonun ortaya çıkmasını kanıtlamaya odaklanmıştır.
Akıllı Deneme
Son derece iddialı bir plandı, ancak ekibin iyi optimize edilmiş stratejisi tüm farkı yarattı. Karmaşık çan korelasyonlarını doğrudan ölçmeye çalışmak yerine, kuantum cihazların zaten iyi olduğu bir şeye odaklandılar: enerjiyi en aza indirmek.
Ve işe yaradı. Ekip, süper iletken bir kuantum işlemcide 73 kubit kullanarak özel bir kuantum durumu yarattı ve klasik bir sistemde mümkün olanın çok altında enerjilerin çok altında ölçüldü. Fark çarpıcıydı – 48 standart sapma – sonucun şanstan kaynaklanmasını neredeyse imkansız kılmak.
Ama takım burada durmadı. Orijinal çok partili çan korelasyonları olarak bilinen nadir ve daha zorlu bir lokalite türünü onaylamaya devam ettiler. Bu tür kuantum korelasyonunda, sistemdeki tüm kubitlerin dahil edilmesi, üretilmesini çok daha zor hale getirmeli ve doğrulanması daha da zor olmalıdır. Dikkat çekici bir şekilde, araştırmacılar bu testi 24 kubitlere kadar geçen bir dizi düşük enerjili devlet hazırlamayı başardılar ve bu özel korelasyonları verimli bir şekilde doğruladılar.
Bu sonuç, kuantum bilgisayarların sadece büyümediğini gösteriyor, aynı zamanda gerçekten kuantum davranışı göstermede ve kanıtlamada daha iyi hale geliyor.
Bu çalışma, daha önce bu ölçekte hiç yapılmayan bir şey olan büyük, karmaşık sistemlerde derin kuantum davranışını onaylamanın mümkün olduğunu kanıtlamaktadır. Kuantum bilgisayarların gerçekten kuantum olduğundan emin olmak için büyük bir adım.
Bu anlayışlar sadece teorik olmaktan daha fazlasıdır. Çan korelasyonlarını anlamak ve kontrol etmek kuantum iletişimini geliştirebilir, şifrelemeyi daha güvenli hale getirebilir ve yeni kuantum algoritmaları geliştirmeye yardımcı olabilir.
