Управление кубитами с помощью квантовых суперпозиций позволяет им существенно нарушать фундаментальный предел и кодировать информацию примерно в пять раз дольше во время квантовых вычислений.
Теперь квантовые частицы могут передавать полезную информацию на более длительное время. koto_feja/Getty Images
Необычное явление квантовой суперпозиции помогло исследователям преодолеть фундаментальный квантово-механический предел и наделить квантовые объекты свойствами, которые делают их пригодными для квантовых вычислений, на более длительные периоды времени.
На протяжении столетия физики ломали голову над тем, где именно должна проходить граница между квантовым миром малого и макроскопическим миром, который мы познаём. В 1985 году физики Энтони Леггетт и Анупам Гарг разработали математический тест, который можно применять к объектам и их поведению во времени, чтобы определить, достаточно ли они велики, чтобы выйти за пределы квантового мира. В этом тесте квантовые объекты идентифицируются по необычайно сильным корреляциям между их свойствами в разные моменты времени, подобно тому, как их поведение вчера и завтра неожиданно взаимосвязано.
Объекты, набравшие достаточно высокие баллы в этом тесте, считаются квантовыми, но считалось, что эти баллы ограничены числом, называемым временной границей Цирельсона (TTB). Теоретики полагали, что даже однозначно квантовые объекты не могут преодолеть эту границу. Но теперь Ариджит Чаттерджи из Индийского института научного образования и исследований в Пуне и его коллеги разработали способ, позволяющий значительно преодолеть TTB с помощью одного из простейших квантовых объектов.
Они сосредоточились на кубитах, которые являются наиболее основными строительными блоками квантовых компьютеров и других устройств обработки квантовой информации. Кубиты можно создавать разными способами, но исследователи использовали молекулу на основе углерода, содержащую три кубита. Первый кубит они использовали для управления поведением второго «целевого» кубита в течение некоторого времени. Затем они использовали третий кубит для извлечения свойств целевого кубита.
Ожидается, что система из трех кубитов будет ограничена правилом TTB (Tax-Tax-Background), но Чаттерджи и его коллеги нашли способ, позволяющий целевому кубиту нарушить это ограничение самым радикальным образом. Фактически, их метод привел к одному из самых серьезных нарушений, которые кажутся математически правдоподобными. Их секрет заключался в том, чтобы первый кубит управлял целевым кубитом с помощью состояния квантовой суперпозиции. В этом случае объект может фактически воплощать два состояния или поведения, которые кажутся взаимоисключающими. Например, эксперимент команды был похож на то, как первый кубит фактически давал указание целевому кубиту одновременно вращаться по часовой стрелке и против часовой стрелки.
Обычно с течением времени кубит подвергается так называемой декогеренции, то есть его способность кодировать квантовую информацию снижается. Но когда целевой кубит нарушил условие TTB (Texas Time Binary), декогеренция наступила позже, и он сохранил свою способность кодировать информацию в пять раз дольше, поскольку его поведение во времени контролировалось суперпозицией.
Чаттерджи говорит, что такая устойчивость желательна и полезна в любой ситуации, когда кубиты должны точно контролироваться, например, для вычислений. Член команды Х.С. Картик из Гданьского университета в Польше говорит, что существуют процедуры в квантовой метрологии — например, для чрезвычайно точного измерения электромагнитных полей — которые можно было бы улучшить с помощью такого рода контроля кубитов.
Как квантовые инновации могут опровергнуть идею мультивселенной
Многомировая интерпретация квантовой механики предполагает существование альтернативных реальностей для поддержания баланса. Не подорвало ли теперь их существование решение парадокса, существовавшего столетие?
Ле Ло из Университета Сунь Ятсена в Китае говорит, что, помимо очевидного потенциала для улучшения протоколов квантовых вычислений, новое исследование также коренным образом расширяет наше понимание того, как квантовые объекты ведут себя во времени. Это связано с тем, что резкое нарушение TTB означает, что свойства кубита чрезвычайно коррелированы между двумя разными моментами времени, чего просто не может произойти с неквантовыми объектами.
Таким образом, крайнее нарушение TTB является убедительным свидетельством того, насколько квантовой была вся трехкубитная система, говорит Картик, и примером того, как исследователи продолжают расширять границы квантового мира.
Журнал Physical Review Letters DOI: 10.1103/vydp-9qqq
Источник: www.newscientist.com
