Альберт Ейнштейн не був повністю переконаний у правильності квантової механіки, вважаючи, що наша інтерпретація цієї теорії є неповною. Зокрема, він висловлював сумніви щодо концепції заплутаності, яка передбачає можливість впливу однієї частинки на іншу, навіть якщо вони не знаходяться поруч.
Експерименти з того часу показали , що квантова заплутаність дійсно можлива і що дві заплутані частинки можуть бути з’єднані на відстані. Тепер новий експеримент ще більше підтверджує це, і в такий спосіб, якого ми раніше не бачили.
У новому експерименті вчені використовували трубку довжиною 30 метрів, охолоджену до абсолютного нуля, щоб провести тест Белла : випадкове вимірювання двох заплутаних кубітів (квантових бітів) одночасно.
Тест пропонує математичну нерівність, яка, якщо її порушити, показує, що теорія квантової механіки тримається.
У цьому експерименті тест Белла не тільки виконується на більших відстанях, ніж намагалися раніше, але також виконується з використанням надпровідних схем, які, як очікується, відіграватимуть значну роль у розробці квантових комп’ютерів .
Через структуру експерименту із сотнями електронних схем мікрометрового розміру модифіковану версію можна використовувати кількома способами.
«Завдяки нашому підходу ми можемо набагато ефективніше, ніж це можливо в інших експериментальних установках, довести, що нерівність Белла порушується», — каже квантовий фізик Саймон Шторц з ETH Zurich у Швейцарії.
«Це робить його особливо цікавим для практичного застосування».
Ці практичні програми можуть включати, наприклад, безпечні зашифровані комунікації.
Попри труднощі конструювання та тонкого налаштування машини, дослідники впевнені, що її також можна адаптувати для роботи у великих масштабах, розсуваючи межі того, що ми знаємо про квантову механіку.
«У нашій машині 1,3 [тонни] міді та 14 000 гвинтів, а також величезна кількість фізичних знань та інженерних ноу-хау», — каже квантовий фізик Андреас Валрафф, також з ETH Zurich.
Щоб усунути всі потенційні лазівки в тесті Белла, необхідно провести вимірювання за менший час, ніж потрібно для проходження світла з одного кінця в інший, що доводить відсутність обміну інформацією між ними.
З такою установкою світлу потрібно було 110 наносекунд, щоб подолати трубу, а вимірювання проводилися всього на кілька наносекунд менше. Дослідники використовували мікрохвильові фотони, щоб створити заплутаність, і було оцінено більше мільйона вимірювань, щоб показати порушення нерівності Белла.
Це найдовша відстань між двома переплутаними надпровідними кубітами, яка демонструє перспективність технології кубітів. Ця ж технологія, продемонстрована тут, з часом може знайти свій шлях до повномасштабних квантових комп’ютерів.
«Наша робота демонструє, що нелокальність є життєздатним новим ресурсом у квантових інформаційних технологіях, реалізованим за допомогою надпровідних ланцюгів з потенційним застосуванням у квантовому зв’язку, квантових обчисленнях і фундаментальній фізиці», — пишуть дослідники в опублікованій статті.
