Physiker aus Leiden, Peking und Hangzhou haben eine Methode entwickelt, um zu überprüfen, ob ein großes Quantensystem tatsächlich auf der Grundlage der Prinzipien der Quantenmechanik funktioniert. Die Studie, in der ein System mit bis zu 73 Qubits erfolgreich getestet wurde, bietet eine Möglichkeit zu bestätigen, dass Quantencomputer tatsächlich Quantencomputer sind.
Die Methode ist eine Type des Bell-Exams, eines vom Physiker John Bell entwickelten Konzepts, das als „Quantenlügendetektor“ fungiert. Der Take a look at soll die Existenz von Quanten-Nichtlokalität beweisen – ein Phänomen, bei dem verschränkte Teilchen sich scheinbar sofort gegenseitig beeinflussen, selbst wenn sie über große Entfernungen voneinander entfernt sind. Dieser Effekt ist ein Eckpfeiler der Quantenmechanik und warfare Gegenstand des Nobelpreises für Physik 2022.
Der experimentelle Ansatz
Die direkte Messung von Bell-Korrelationen in einem großen und komplexen Quantensystem ist äußerst schwierig. Um diese Herausforderung zu meistern, entwickelte das internationale Forscherteam eine andere Strategie. Anstelle einer direkten Messung konzentrierten sie sich auf eine Aufgabe, bei der Quantengeräte bereits intestine sind: die Energieminimierung.
Das Staff erzeugte mithilfe von 73 Qubits in einem supraleitenden Quantenprozessor einen speziellen Quantenzustand. Anschließend maßen sie die Energieniveaus dieses Zustands und stellten fest, dass sie weit unter dem lagen, was in einem klassischen Nicht-Quantensystem möglich wäre. Der Unterschied betrug statistisch signifikante 48 Standardabweichungen, sodass es nahezu unmöglich warfare, dass das Ergebnis auf einen Zufall zurückzuführen warfare.
Zertifizierung eines komplexeren Quantenzustands
Die Forscher führten auch einen anspruchsvolleren Take a look at durch, um eine seltenere Artwork von Nichtlokalität zu zertifizieren, die als „echte multipartite Bell-Korrelationen“ bekannt ist. Diese Artwork der Quantenkorrelation erfordert, dass alle Qubits im System beteiligt sind, was ihre Erzeugung und Verifizierung erheblich erschwert. Dem Staff gelang es, eine Reihe von Niedrigenergiezuständen vorzubereiten, die diesen Take a look at für Systeme mit bis zu 24 Qubits bestanden.
Diese Studie ist die erste, die tiefes Quantenverhalten in einem System dieser Größenordnung bescheinigt. Es stellt einen entscheidenden Schritt in der Entwicklung des Quantencomputings dar, da es eine zuverlässige Methode zur Überprüfung bietet, ob große Quantenprozessoren wie erwartet funktionieren.
Über die theoretische Validierung hinaus hat das Verständnis und die Kontrolle von Bell-Korrelationen praktische Auswirkungen. Die aus dieser Forschung gewonnenen Erkenntnisse könnten genutzt werden, um:
- Verbessern Sie die Sicherheit und Effizienz von Quantenkommunikationsnetzwerken
- Erhöhen Sie die Sicherheit der Quantenkryptographie.
- Unterstützung bei der Entwicklung neuer Quantenalgorithmen.
Die Ergebnisse zeigen, dass Quantencomputer nicht nur immer größer werden, sondern auch besser in der Lage sind, ihre grundsätzliche Quantennatur zu demonstrieren und zu beweisen.